配制钙钛矿太阳能电池材料的方法技术

一种制备光活性钙钛矿材料的方法。该方法包括制备卤化铅前体墨的步骤。制备卤化铅前体墨包括以下步骤：将卤化铅引入容器中，将第一溶剂引入到该容器中，及使卤化铅与第一溶剂接触以溶解卤化铅。该方法还包括将卤化铅前体墨沉积到基板上，干燥卤化铅前体墨以形成薄膜，使薄膜退火，及用第二溶剂和盐漂洗薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】配制钙钛矿太阳能电池材料的方法
技术介绍
使用光伏(PV)从太阳能或辐射生成电力可以提供许多益处，包括例如电源、低或零排放、独立于电网的电力产生、耐用的物理结构(无移动部件)、稳定可靠的系统、模块化结构、相对快速的安装、制造和使用安全及良好的公众舆论和接受使用度。本公开内容的特征和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。虽然本领域技术人员可以进行许多改变，但是这些改变在本专利技术的精神内。附图说明图1是示出了根据本公开内容的一些实施方式的DSSC的各层的DSSC设计的图示。图2是示出了根据本公开内容的一些实施方式的DSSC的各层的DSSC设计的另一图示。图3是根据本公开内容的一些实施方式的BHJ器件设计的示例性图示。图4是根据本公开内容的一些实施方式的包括活性层的典型光伏电池的示意图。图5是根据本公开内容的一些实施方式的典型固态DSSC器件的示意图。图6是示出根据本公开内容的一些实施方式的示例性PV器件的组件的程式化图。图7是示出根据本公开内容的一些实施方式的示例性PV器件的组件的程式化图。图8是示出根据本公开内容的一些实施方式的示例性PV器件的组件的程式化图。图9是示出根据本公开内容的一些实施方式的示例性PV器件的组件的程式化图。优选实施方式的详细描述与有机、非有机和/或混合PV兼容的PV技术的各个方面的改进有望进一步降低OPV和其它PV的成本。例如，一些太阳能电池(例如固态染料敏化太阳能电池)可以利用新的成本效益好和高稳定性的替代组件，例如固态电荷传输材料(或者俗称为“固态电解质”)。此外，各种类型的太阳能电池可以有利地包括界面材料和其它材料，除了其它优点之外，其可以比目前存在的常规选择更具成本效益和耐用性。本公开内容总体上涉及在由太阳辐射产生电能的光伏电池中材料的物质组成、装置和使用方法。具体而言，本公开内容涉及物质的光活性和其它组成，以及这种物质组成的装置、使用方法和形成。这些物质组成的示例可以包括例如空穴传输材料和/或可适于用作例如PV器件的界面层、染料和/或其它元件的材料。这样的化合物可以运用在各种PV器件中，例如异质结电池(例如，双层和体)、混合电池(例如，具有CH3NH3PbI3、ZnO纳米棒或PbS量子点的有机物)和DSSC(染料敏化太阳能电池)。后者DSSC以三种形式存在：基于溶剂的电解质、离子液体电解质和固态空穴传输体(或固态DSSC，即SS-DSSC)。根据一些实施方式的SS-DSSC结构可以基本上不含电解质，而是包含空穴传输材料，例如螺环二芴(spiro-OMeTAD)、CsSnI3和其它活性材料。根据本公开内容的一些实施例的一些或所有材料还可有利地用于任何有机或其他电子器件中，一些示例包括但不限于：电池、场效应晶体管(FET)、发光二极管(LED)、非线性光学器件、忆阻器、电容器、整流器和/或整流天线。在一些实施方式中，本公开内容可以提供PV和其它类似器件(例如，电池、混合PV电池、多结PV、FET、LED等)。在一些实施方式中，这样的器件可以包括改进的活性材料、界面层和/或一种或多种钙钛矿材料。钙钛矿材料可以结合到PV或其它器件的不同的一个或多个方面中。根据一些实施方式的钙钛矿材料可以具有通式CMX3，其中：C包括一种或多种阳离子(例如胺类、铵、1族金属、2族金属和/或其它阳离子或类阳离子化合物)；M包括一种或多种金属(包括Fe、Co、Ni、Cu、Sn、Pb、Bi、Ge、Ti和Zr的示例)；X包括一种或多种阴离子。下面更详细地讨论根据各种实施例的钙钛矿材料。光伏电池和其他电子器件一些PV实施例可以通过参考如图1、3、4和5所示的太阳能电池的各种说明性图示来说明。例如，根据一些实施方式的示例性PV架构可以基本上是基板-阳极-IFL-活性层-IFL-阴极的形式。一些实施方式的活性层可以是光活性的，和/或其可以包括光活性材料。如本领域已知的，可以在电池中使用其它层和材料。此外，应当注意，术语“活性层”的使用决非意味着明确地或隐含地限制或以其他方式限定任何其他层的性质-例如，在一些实施方式中，IFL之一或两者可以也是活性的，只要它们可以是半导体特性的。特别地，参考图4，描绘了程式化的通用PV电池2610，示出了PV内的一些层的高度界面性质。PV2610表示可应用于若干PV器件(例如DSSCPV实施方式)的通用架构。PV电池2610包括允许太阳辐射2614透射通过该层的玻璃(或对太阳辐射类似透射的材料)的透射层2612。一些实施方式的透射层也可以被称为基板(例如，如同图1的基板层1507一样)，它可以包括各种刚性或柔性材料中的任何一种或多种，例如：玻璃、聚乙烯、PET、Kapton、石英、铝箔、金箔或钢。活性层2616由电子供体或p型材料2618和电子受体或n型材料2620组成。光活性层或如图4所示的光活性层2616夹在两个导电电极层2622和2624之间。在图4中，电极层2622是ITO材料。如前所述，一些实施方式的活性层不必是光活性的，尽管在图4所示的器件中是光活性的。电极层2624是铝材料。可以使用本领域已知的其它材料。电池2610还包括界面层(IFL)2626，在图4的示例中示出为PEDOT：PSS材料。IFL可以帮助电荷分离。在一些实施方式中，IFL2626可以包括根据本公开内容的作为自组装单层(SAM)或作为薄膜的光活性有机化合物。在其他实施例中，IFL2626可以包括薄涂层的双层，其在下面更详细地讨论。在器件的铝阴极侧上也可以有IFL2627。在一些实施方式中，器件的铝阴极侧上的IFL2627还可以包括或替代地包括根据本公开内容的作为自组装单层(SAM)或作为薄膜的光活性有机化合物。在其它实施方式中，器件的铝阴极侧上的IFL2627还可以包括或替代地包括薄涂层的双层(同样，下面更详细地讨论)。根据一些实施方式的IFL可以是半导体特性的，可以是p型或n型。在一些实施方式中，器件的阴极侧上的IFL(例如，如图4所示的IFL2627)可以是p型，器件的阳极侧上的IFL(例如，如图4所示的IFL2626)可以是n型。然而，在其他实施方式中，阴极侧IFL可以是n型，阳极侧IFL可以是p型。电池2610附接到引线2630和放电单元2632，例如蓄电池。可以通过参考图3来说明另外的实施方式，图3示出了程式化BHJ器件设计，包括：玻璃基板2401；ITO(掺锡氧化铟)电极2402；界面层(IFL)2403；光活性层2404；和LiF/Al阴极2405。所提及的BHJ构造的材料仅仅是示例；可以使用与本公开内容一致的本领域已知的任何其他BHJ构造。在一些实施方式中，光活性层2404可以包括图4的器件的活性或光活性层2616可以包括的任何一种或多种材料。图1是根据一些实施方式的在此为了说明DSSCPV的组装而参考的这种示例性PV的简化图示。如图1所示的示例性DSSC可以根据以下来构造：在基板层1507(示出为玻璃)上沉积电极层1506(示出为掺氟氧化锡，FTO)。在电极层1506上沉积中孔层ML1505(其在一些实施方式中可以是TiO2)，然后将光电极(迄今包括基板层1507、电极层1506和中孔层1505)浸泡在溶剂(未示出)和染料1504中。这留下结合到ML表面的染料1504。制本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括以下步骤：制备卤化铅前体墨，其中，制备卤化铅前体墨包括以下步骤：将卤化铅引入容器中；将第一溶剂引入到所述容器中；及使所述卤化铅与所述第一溶剂接触以溶解所述卤化铅；将所述卤化铅前体墨沉积到基板上；干燥所述卤化铅前体墨以形成薄膜；使所述薄膜退火；及用第二溶剂和盐漂洗所述薄膜。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.08.01 US 62/032,137;2015.05.13 US 14/711,3301.一种方法，包括以下步骤：制备卤化铅前体墨，其中，制备卤化铅前体墨包括以下步骤：将卤化铅引入容器中；将第一溶剂引入到所述容器中；及使所述卤化铅与所述第一溶剂接触以溶解所述卤化铅；将所述卤化铅前体墨沉积到基板上；干燥所述卤化铅前体墨以形成薄膜；使所述薄膜退火；及用第二溶剂和盐漂洗所述薄膜。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述卤化铅包括氯化铅(II)和碘化铅(II)的混合物。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述氯化铅(II)和碘化铅(II)的混合物以10mol的氯化铅(II)与90mol的碘化铅(II)的比例混合。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一溶剂选自由无水二甲基甲酰胺、二甲基亚砜(DMSO)、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、四氢呋喃、甲酰胺、吡啶、吡咯烷、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、氯仿及其组合组成的组中。5.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述卤化铅与溶剂接触以溶解所述卤化铅在约20℃至约150℃之间进行。6.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述卤化铅与溶剂接触以溶解所述卤化铅在约85℃下进行。7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述卤化铅前体墨具有在约0.001M至约10M之间的卤化铅浓度。8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过滴铸、旋转浇铸、狭缝模头印刷、丝网印刷或喷墨印刷将所述卤化铅前体墨沉积到所述基板上。9.根据权利要求1所述的方法，其中，使所述薄膜退火在约20℃至约300℃的温度下进行最多达24小时。10.根据权利要求1所述的方法，其中，在约50℃的温度下使所述薄膜退火约10分钟。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二溶剂选自由DMF、异丙醇、甲醇、乙醇、丁醇、氯仿、氯苯、二甲基亚砜、水及其组合组成的组中。12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盐选自由甲基碘化铵、甲脒氢碘酸盐、胍碘化物、1,2,2-三氨基乙烯基碘化铵、5-氨基戊酸氢碘化物组成的组中。13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述盐以约0.001M至约10M的浓度溶解于所述第二溶剂中。14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盐包括甲基碘化铵。15.根据权利要求1所述的方法，其中，漂洗所述薄膜包括至少部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·D·欧文，J·A·丘特，V·V·达斯，
申请(专利权)人：亨特能量企业有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US