一种高稳定性钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种高稳定性钙钛矿太阳能电池。一种钙钛矿光吸收材料的化学组成为[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1‑zYX3，其中A为有机或无机阳离子，优选为CH3NH3

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性钙钛矿太阳能电池
本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种基于四丁基铵离子掺杂光吸收层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大，传统化石能源所带来的危害有目共睹，开发出清洁无污染的能源迫在眉睫。太阳能是新能源中尤为引人注目的一种。其中钙钛矿太阳能电池是近几年来发展迅猛，得益于优异的光电性能：吸光系数高，激子的波尔半径大，介电常数大，载流子扩散速度快，扩散距离长。因此，钙钛矿太阳能电池及相关材料已成为光伏领域研究方向，目前获得了超过23％的光电转换效率。钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、成本低廉等优点，但稳定性不佳、寿命短成为该电池发展道路上的一大障碍，要真正实现商业化，亟待解决电池的稳定性。目前的研究结果表明，影响电池稳定性的因素有：一是钙钛矿材料的稳定性，包括热稳定性和湿度稳定性；二是器件的稳定性，包括器件结构的设计与优化。材料的稳定性要根据容忍因子来选择合适的材料组合，使得钙钛矿晶格结构更加稳定，从而提高材料自身的稳定性。器件结构上，尽量选择疏水性材料以此避免周围环境对钙钛矿材料的影响。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的是提供一种高稳定性的钙钛矿材料、由该材料制得的钙钛矿吸光层以及具备该钙钛矿吸光层的钙钛矿太阳能电池。第一专利技术提供一种钙钛矿光吸收材料，所述钙钛矿光吸收材料的化学组成为所述钙钛矿光吸收材料的化学组成为[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3，其中A为有机或无机阳离子，优选为CH3NH3+,NH2-CH＝NH2+和Cs+、Li+、C4H9NH3+、CH6N3+、Na+、K+中的至少一种，Y为Pb2+,Sn2+，Ge2+，Co2+，Fe2+，Mn2+，Cu2+，和Ni2+中的至少一种，X为Cl-，Br-，I-、SCN-、BF4-中的至少一种，z的范围是0≤z＜1。根据第一专利技术，在钙钛矿材料的A位进行四丁基铵离子掺杂，可以形成二维、三维混合的钙钛矿结构，将上述钙钛矿光吸收材料用于钙钛矿太阳能电池时，可以提高电池的热稳定性及湿稳定性。较佳地，0.0125≤z≤0.05。第二专利技术提供一种钙钛矿光吸收层，其含有上述任一种钙钛矿光吸收材料。根据第二专利技术，该钙钛矿光吸收层具有高热稳定性及高湿度稳定性。第三专利技术提供上述钙钛矿光吸收层的制备方法，包括：将[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3前驱体溶液涂覆于基底上，进行热处理，得到钙钛矿光吸收层。该制备方法工艺简单，制备条件温和，易于操作，应用前景广阔。较佳地，所述[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3前驱体溶液通过将四丁基卤化铵、A的卤化物以及Y的卤化物分散于溶剂中混合搅拌而得。较佳地，所述热处理的处理温度80～100℃，处理时间为40分钟～60分钟。第四专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池，其含有上述钙钛矿光吸收层。根据第四专利技术，该钙钛矿太阳能电池具有高热稳定性及高湿度稳定性。所述钙钛矿太阳能电池可以从下向上依次包括：导电衬底、电子传输层、所述钙钛矿光吸收层以及背电极。附图说明图1示出了实施例2和对比例制得的钙钛矿薄膜的SEM图。图2示出了实施例和对比例制得的钙钛矿薄膜的XRD图。图3示出了实施例和对比例制得的钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性效率监测曲线。图4示出了实施例和对比例制得的钙钛矿太阳能电池的热稳定性效率监测曲线。图5示出了实施例和对比例制得的钙钛矿太阳能电池稳态输出曲线。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。在此公开一种钙钛矿光吸收材料，其化学组成为[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3。A为一价阳离子，优选自CH3NH3+、NH2-CH＝NH2+、Cs+、Li+、C4H9NH3+、CH6N3+、Na+、K+中的至少一种。即，A可以是这些离子之一，也可以是这些离子中的任意两种以上的组合。Y是二价金属离子，更优选自Pb2+、Sn2+、Ge2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+中的至少一种。即，Y可以是这些离子之一，也可以是这些离子中的任意两种以上的组合。X为Cl-、Br-、I-、SCN-、BF4-中的至少一种。即，X可以是这些离子之一，也可以是这些离子中的任意两种以上的组合。该钙钛矿光吸收材料在A位掺杂有TBA(即(CH3CH2CH2CH2)4N)，其中0≤z＜1。优选的实施方式中，0.0125≤z≤0.05。以该掺杂量掺杂TBA，不但可以提高碳电池的热稳定性及湿度稳定性，还可以一定程度上保证电池的光电转换效率。优选的实施方式中，A为CH3NH3+、NH2-CH＝NH2+和Cs+中的至少一种。优选的实施方式中，Y为Pb2+。优选的实施方式中，X为Br-和I-中的至少一种。优选的实施方式中，钙钛矿光吸收材料的化学组成为[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95)1-zPb(I0.83Br0.17)3。单一钙钛矿材料本身存在着稳定性差的问题，如MAPbI3、FAPbI3等，而Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3掺杂的前驱体溶液在稳定性上存在一定的优势。FA表示NH2-CH＝NH2+，MA表示CH3NH3+。在此还公开一种钙钛矿光吸收层，其含有上述钙钛矿光吸收材料。该钙钛矿光吸收层涂覆好后进行适度的热处理之后，会出现二维、三维混合结构。原因在于TBA的分子链长比较长，受热之后在钙钛矿结构的A位可能会出现膨胀，使得由最开始的三维结构出现二维、三维的混合结构。由电镜图(参照图1)可以发现明显看出有TBA引入的钙钛矿膜在适度的加热后出现部分白色晶粒是垂直于平面晶粒上，而没有TBA添加的钙钛矿在热处理之后，只会在原先三维结构上逐渐分解。一实施方式中，钙钛矿光吸收层可通过如下方法制备。首先，制备[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3前驱体溶液。一个示例中，将四丁基卤化铵、Y的卤化物和X的A盐分散于溶剂中混合搅拌，得到[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3前驱体溶液。另一示例中，将Y的卤化物和X的A盐混合搅拌形成AYX3前驱体溶液，再将AYX3前驱体溶液与四丁基卤化铵溶液混合搅拌，得到[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3前驱体溶液。各原料的配比优选按化学计量比。四丁基卤化铵可为四丁基碘化铵(TBA-I)、四丁基溴化铵(TBA-Br)等。上述溶剂可为DMSO、DMF等。然后，将[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3前驱体溶液涂覆于基底上，得到前驱体薄膜。涂覆例如可以采用旋涂法、浸泡法等溶液方法。旋涂法中，转速可为4000～6500rpm，旋涂时间可为20～30s。然后，将前驱体薄膜进行退火处理，得到钙钛矿光吸收层。退火处理可采用热处理方式。热处理后，前驱体薄膜的形貌会发生明显的变化，形成二维、三维混合结构。热处理温度可为80～100℃。热处理时间可为40分钟～60分钟。在此还公开一种钙钛矿太阳能电池，其含有上述钙钛矿光吸收层。一实施方式中，该钙钛矿太阳能电池从下向上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿光吸收材料，其特征在于，所述钙钛矿光吸收材料的化学组成为[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1‑zYX3，其中A为有机或无机阳离子，优选为CH3NH3+、NH2‑CH=NH2+、Cs+、Li+、C4H9NH3+、CH6N3+、Na+、K+中的至少一种，Y为Pb2+、Sn2+、Ge2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+和Ni2+中的至少一种，X为Cl‒、Br‒、I‒、SCN‑、BF4‑中的至少一种，z的范围是0≤z＜1。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿光吸收材料，其特征在于，所述钙钛矿光吸收材料的化学组成为[(CH3CH2CH2CH2)4N]z(A)1-zYX3，其中A为有机或无机阳离子，优选为CH3NH3+、NH2-CH=NH2+、Cs+、Li+、C4H9NH3+、CH6N3+、Na+、K+中的至少一种，Y为Pb2+、Sn2+、Ge2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+和Ni2+中的至少一种，X为Cl‒、Br‒、I‒、SCN-、BF4-中的至少一种，z的范围是0≤z＜1。2.根据权利要求1所述的钙钛矿光吸收材料，其特征在于，0.0125≤z≤0.05。3.一种钙钛矿光吸收层，其特征在于，含有权利要求1或2所述的钙钛矿光吸收材料。4.一种权利要求3所述的钙钛矿光吸收层的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松旺，李海艳，邵君，赵庆宝，陈宗琦，寿春晖，沈曲，邬荣敏，丁莞尔，唐文前，郑光磊，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，浙江天地环保科技有限公司，浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31