缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池制造技术

技术编号:19749233 阅读:26 留言:0更新日期:2018-12-12 05:25
本发明专利技术涉及一种缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池包括:钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层由掺杂噻唑或噻唑衍生物的钙钛矿前驱体溶液旋涂退火制成,所述前驱体中噻唑或噻唑衍生物的摩尔量为钙钛矿吸光层中CH3NH3PbI3‑xClx摩尔量的A%,0<A≤100,0≤x≤0.5。本发明专利技术在钙钛矿前驱体溶液中掺杂噻唑,噻唑与Pb原子发生配位,能调控钙钛矿成核结晶的微观环境,从而使得溶液中有均匀的成核位点,延缓晶体生长,使晶粒尺寸大而均匀,有效抑制钙钛矿中的体缺陷,延长载流子的寿命,避免漏电流的产生。

【技术实现步骤摘要】
缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及一种缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,属于太阳能电池

技术介绍
近几十年来,随着工业发展和人口增长,全球能源需求不断增加,目前仍然主要依赖传统能源,如石油、煤炭和天然气。到目前为止,超过80%的能源消耗来自化石燃料,这导致了环境污染和气候变暖等问题。更重要的是,化石燃料是不可再生能源,未来终将耗尽。而现代社会的发展需要更多低污染、可持续的能源。太阳能是人类取之不尽、用之不竭的可再生能源,同时也是清洁能源,在使用过程中不会产生任何的环境污染。利用太阳能进行发电是近些年来发展最快、最具活力的研究领域。人们已经研制和开发了各种太阳能电池。目前,硅基太阳能电池,特别是单晶硅太阳能电池由于转化效率较高已经实现了商品化,并在大规模应用和工业生产中占据主导地位,但由于其高昂的材料价格以及繁琐的制备工艺,使得其成本居高不下,而大幅度降低其成本又非常困难。近年来钙钛矿太阳能电池(perovskitesolarcells)发展迅猛,自2009年首次被发现至今,其光电转换效率从3.8%提升到22.7%,效率直逼已经商业化的硅基太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有成本低廉,制备工艺简单,光电转换效率高等优点。是最具发展潜力的光伏器件。钙钛矿材料的激子束缚能较低,当太阳光入射,钙钛矿光吸收层会吸收光子产生激子,这些激子会很快分解为电子和空穴。同时钙钛矿材料具有同时传输电子和空穴载流子的功能。电子通过电子传输层到达阴极FTO或ITO导电玻璃,然后被收集输出;空穴通过空穴传输层被阳极金属电极收集。最后,将负载接入阴极与阳极之间,就产生了光生电流。制备钙钛矿的主要方法为溶液一步旋涂法,即将钙钛矿前驱体旋涂在空穴/电子传输层上,再退火的得到钙钛矿晶体薄膜。该方法简单快捷,成本低廉。然而,在成膜的过程中钙钛矿成核结晶,和晶体生长不易控制,容易导致钙钛矿结晶不完全,晶体内缺陷大量聚集,薄膜覆盖率低等问题。质量低下的钙钛矿薄膜中载流子寿命短,漏电流高,最终导致整个钙钛矿太阳能电池性能低下。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个问题是提供一种缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,该电池的钙钛矿薄膜晶体缺陷少。为解决上述第一个技术问题,本专利技术的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池包括:钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层由掺杂噻唑或噻唑衍生物的钙钛矿前驱体溶液旋涂退火制成,所述前驱体中噻唑或噻唑衍生物的摩尔量为钙钛矿吸光层中CH3NH3PbI3-xClx摩尔量的A%,0<A≤100,0≤x≤0.5。噻唑可以和铅原子螯合,延缓结晶,调控晶体生长的微观环境,钝化晶界从而减少载流子的复合,提升载流子寿命,提升器件的性能。优选的,所述25≤A≤75,优选A为50。优选的,所述的噻唑衍生物为噻唑氯、5-甲硫基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇、甲基异噻唑中的至少一种。优选的,所述电池还包括导电基底、空穴传输层、电子传输层、缓冲层和对电极;所述空穴传输层设置在导电基底上,所述钙钛矿吸光层设置在空穴传输层上,所述电子传输层设置在钙钛矿吸光层上,所述缓冲层设置在电子传输层上,所述对电极设置在缓冲层上。优选的,所述的导电基底厚度为100~200纳米;所述空穴传输层厚度为30~50纳米;所述钙钛矿吸光层的厚度为320~360纳米;所述对电极厚度为60~100纳米。优选的,所述空穴传输层为NiOx、PEDOT:PSS、CuI或CuSCN中的任意一种;所述导电基底优选为FTO玻璃、ITO玻璃、柔性ITO或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。优选的,所述缓冲层为PEI、PEIE、BCP中的任意一种。优选的,所述对电极为铝、银或金中的任意一种。优选的,所述缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤:a.将NiOx、PEDOT:PSS、CuI、CuSCN或其对应的前驱体化合物中的任意一种旋涂在导电玻璃上,在295~305℃条件下退火得到空穴传输层;b.将甲胺碘、碘化铅、噻唑或噻唑衍生物溶解于DMF,制成钙钛矿前驱溶液,然后将前驱溶液旋涂在空穴传输层上,在95~105℃退火结晶得到钙钛矿薄膜,所述噻唑或噻唑衍生物与碘化铅的摩尔比为A%,0<A≤100,优选25≤A≤75:更优选所述甲胺碘、碘化铅、噻唑或噻唑衍生物的摩尔比为2:2:1;c.将PCBM氯苯溶液均匀的旋涂在钙钛矿薄膜上形成电子传输层,所述PCBM的浓度优选为18~22mg/mL;d.将PEI异丙醇溶液均匀的旋涂在电子传输层上形成缓冲层;e.使用热蒸发的方法,在缓冲层上蒸镀银、铝或金电极层。本专利技术要解决的第二个技术问题是提供上述缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池的制备方法。为解决本专利技术的第二个技术问题,所述缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤:a.将NiOx、PEDOT:PSS、CuI、CuSCN或其对应的前驱体化合物中的任意一种旋涂在导电玻璃上,在295~305℃条件下退火得到空穴传输层;b.将甲胺碘、碘化铅、噻唑或噻唑衍生物溶解于DMF,制成钙钛矿前驱溶液,然后将前驱溶液旋涂在空穴传输层上,在95~105℃退火结晶得到钙钛矿薄膜,所述噻唑或噻唑衍生物与碘化铅的摩尔比为A%,0<A≤100,优选25≤A≤75:更优选所述甲胺碘、碘化铅、噻唑或噻唑衍生物的摩尔比为2:2:1;c.将PCBM氯苯溶液均匀的旋涂在钙钛矿薄膜上形成电子传输层,所述PCBM的浓度优选为18~22mg/mL;d.将PEI异丙醇溶液均匀的旋涂在电子传输层上形成缓冲层;e.使用热蒸发的方法,在缓冲层上蒸镀银、铝或金电极层。有益效果:1.本专利技术在钙钛矿前驱体溶液中掺杂噻唑,噻唑与Pb原子发生配位,能调控钙钛矿成核结晶的微观环境,从而使得溶液中有均匀的成核位点,延缓晶体生长,使晶粒尺寸大而均匀,有效抑制钙钛矿中的体缺陷,延长载流子的寿命,避免漏电流的产生。2.本专利技术制备钙钛矿太阳能电池的方法简单,效率高,成本低,易实现工业化大规模生产,且得到的太阳能电池的性能有较大提升。附图说明图1实施例1和对比例1得到的钙钛矿太阳能电池的IV曲线对比图;图2实施例1和对比例1得到的钙钛矿薄膜表面SEM图片;图3实施例1和对比例1得到的钙钛矿薄膜的稳态吸收光谱;图4为实施例2和对比例2得到的钙钛矿太阳能电池的IV曲线对比图;图5为实施例2和对比例2得到的钙钛矿薄膜表面SEM图片;图6为实施例2和对比例2得到的钙钛矿薄膜的稳态吸收光谱;具体实施方式为解决上述第一个技术问题,本专利技术的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池包括:钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层由掺杂噻唑或噻唑衍生物的钙钛矿前驱体溶液旋涂退火制成,所述前驱体中噻唑或噻唑衍生物的摩尔量为钙钛矿吸光层中CH3NH3PbI3-xClx摩尔量的A%,0<A≤100,0≤x≤0.5。优选的,所述25≤A≤75,更优选的A为50。优选的,所述的噻唑衍生物为噻唑氯、5-甲硫基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇、甲基异噻唑中的至少一种。优选的,所述电池还包括导电基底、空穴传输层、电子传输层、缓冲层和对电极;所述空穴传输层设置在导电基底上,所述钙钛矿吸光层设置在空穴传输层上,所述电子传输层设置在钙钛矿吸光层上,所述缓冲层设置在电子传输层上,所述对电极设置在缓冲层上。优选的,所述的导电基底厚度为100~200纳本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述电池包括钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层由掺杂噻唑或噻唑衍生物的钙钛矿前驱体溶液旋涂退火制成,所述前驱体中噻唑或噻唑衍生物的摩尔量为钙钛矿吸光层中CH3NH3PbI3‑xClx摩尔量的A%,0<A≤100,0≤x≤0.5。

【技术特征摘要】
1.缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述电池包括钙钛矿吸光层,所述钙钛矿吸光层由掺杂噻唑或噻唑衍生物的钙钛矿前驱体溶液旋涂退火制成,所述前驱体中噻唑或噻唑衍生物的摩尔量为钙钛矿吸光层中CH3NH3PbI3-xClx摩尔量的A%,0<A≤100,0≤x≤0.5。2.根据权利要求1所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述25≤A≤75,优选A为50。3.根据权利要求1或2所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述的噻唑衍生物为噻唑氯、5-甲硫基-1,3,4-噻二唑-2-硫醇、甲基异噻唑中的至少一种。4.根据权利要求1~3任一项所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述电池还包括导电基底、空穴传输层、电子传输层、缓冲层和对电极;所述空穴传输层设置在导电基底上,所述钙钛矿吸光层设置在空穴传输层上,所述电子传输层设置在钙钛矿吸光层上,所述缓冲层设置在电子传输层上,所述对电极设置在缓冲层上。5.根据权利要求4所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述的导电基底厚度为100~200纳米;所述空穴传输层厚度为30~50纳米;所述钙钛矿吸光层的厚度为320~360纳米;所述对电极厚度为60~100纳米。6.根据权利要求4或5所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述空穴传输层为NiOx、PEDOT:PSS、CuI或CuSCN中的任意一种;所述导电基底优选为FTO玻璃、ITO玻璃、柔性ITO或聚萘二甲酸乙二醇酯中的任一种。7.根据权利要求4~6任一项所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述缓冲层为PEI、PEIE、BCP中的任意一种。8.根据权利要求4~7任一项所述的缺陷被钝化的钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述对电极为铝、银或金中的任意一种。...

【专利技术属性】
技术研发人员:郝锋张洪斌杨晋安
申请(专利权)人:电子科技大学
类型:发明
国别省市:四川,51

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