具有优异的稳定性和高效率的钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及具有优异的稳定性和高效率的钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术的各个方面旨在提供一种钙钛矿太阳能电池，并且其技术特征在于通过使用具有特定组成的固溶体作为光吸收体而同时确保优异的稳定性和高效率。

【技术实现步骤摘要】
具有优异的稳定性和高效率的钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池(perovskitesolarcell)。所述钙钛矿太阳能电池使用具有特定光吸收体组成(composition)的固溶体，由此同时提供优异的稳定性和高效率。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是指基于具有钙钛矿(ABX3)结构的光吸收体的固态太阳能电池。钙钛矿太阳能电池具有如此高的消光系数使得即使在亚微米厚度下，钙钛矿太阳能电池也能有效地吸收太阳光。因此，近年来，钙钛矿太阳能电池由于例如达到约20％的功率转换效率(PCE)的良好效率而倍受关注。迄今报道的大多数钙钛矿太阳能电池使用MAPbI3作为光吸收体。然而，已经报道，在约55℃(其为太阳能电池的工作温度范围)下，MAPbI3的晶体结构发生从四方相到立方相的可逆相变。这种相变可能不利地影响太阳能电池的光稳定性和热稳定性。因此，近来，由于(例如但不限于)其降低的带隙能量，长的电荷扩散距离，以及优异的光稳定性，甲脒盐基卤化铅钙钛矿(formamidinium-basedleadhalideperovskite，FAPbI3)被认为是MAPbI3的替代物。然而，FAPbI3是不具有光伏性能的六方(hexagonal)非钙钛矿相和具有光伏性能的三方(trigonal)钙钛矿相的多晶型物(polymorph)。不幸的是，FAPbI3在低温范围(例如-40℃至25℃)内发生从三方相至六方相的相变，且因此其光伏性能下降和/或消失。为了稳定FAPbI3，已经提出了例如(FAPbI3)x(MAPbBr3)1-x的混合阳离子和/或卤化物体系。然而，与溴离子(Br-)混合会产生与相分离或相分解有关的其他问题。例如，相分离或相分解以及溴离子(Br-)的混合可能导致低带隙的损失。因此，在钙钛矿太阳能电池中对FAPbI3的使用存在限制。这样的钙钛矿太阳能电池可能不能提供所需要的优异的稳定性和高效率。公开于该专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不可以被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的各个方面旨在提供一种在宽的温度范围(例如，-40℃至150℃)内稳定且具有高效率的钙钛矿太阳能电池。具体而言，本专利技术的各个方面旨在提供一种包含在钙钛矿太阳能电池中的光吸收体的特定组成，所述钙钛矿太阳能电池在约-40℃至约150℃的温度范围内稳定且具有高效率。本专利技术在各个方面还致力于提供一种能够获得这样的光吸收体的特定组成的方法，所述光吸收体在约-40℃至约150℃的温度范围内稳定，具有低带隙能量，并且不发生相分离或相分解。本专利技术的目的并不限于上文提到的目的。本专利技术的目的将在下面的描述中更加明显，并且将通过权利要求中所述的手段及其组合而实现。本专利技术的各个方面旨在提供含有通过以下化学式1表示的作为光吸收体的固溶体的钙钛矿太阳能电池。[化学式1](A11-mA2m)M(X11-nX2n)3在化学式1中，A1为甲脒盐阳离子(HC(NH2)2+)，A2为甲基铵盐阳离子(CH3NH3+)，M为二价金属离子，X1为碘离子(I-)，X2为溴离子(Br-)，0.2≤m≤0.7且0<n≤0.15。在各种示例性实施方案中，在化学式1中，0.2≤m≤0.7以及0<n≤0.15。在一些情形中，m可以为0.2、0.7，或者为0.2至0.7中的任何数，并且n可以为0、0.15，或者为0至0.15中的任何数。在其它示例性实施方案中，在化学式1中，0.4≤m≤0.5且0.04≤n≤0.07。换言之，m可以为0.4、0.5，或者为0.4至0.5中的任何数。例如，m为等于0.4的数，在0.4和0.5之间的数，或者等于0.5的数。并且，n可以为0.04、0.07，或者为0.04至0.07中的任何数。例如，n为等于0.04的数，在0.04和0.07之间的数，或者等于0.07的数。在本专利技术的另一示例性实施方案中，m和n可以满足以下等式1。[等式1]在各种示例性实施方案中，二价金属离子可以选自二价过渡金属、稀土金属、碱土金属、铅(Pb)、锡(Sn)、锗(Ge)、镓(Ga)、铟(In)、铝(Al)、锑(Sb)、铋(Bi)、钋(Po)及其组合。在各种示例性实施方案中，固溶体在约-40℃至约150℃(例如，约-40℃至约150℃、约-30℃至约150℃、约-20℃至约150℃、约-10℃至约150℃、约-5℃至约150℃、约0℃至约150℃、约-40℃至约140℃、约-40℃至约130℃、约-40℃至约120℃、约-40℃至约110℃、约-30℃至约140℃、约-30℃至约130℃、约-30℃至约120℃、约-30℃至约110℃、约-20℃至约140℃、约-20℃至约130℃、约-20℃至约120℃、约-20℃至约110℃等)的温度下可以具有三方相晶体结构。而在另一示例性实施方案中，固溶体在约-40℃至约150℃(例如，约-40℃至约150℃、约-30℃至约150℃、约-20℃至约150℃、约-10℃至约150℃、约-5℃至约150℃、约0℃至约150℃、约-40℃至约140℃、约-40℃至约130℃、约-40℃至约120℃、约-40℃至约110℃、约-30℃至约140℃、约-30℃至约130℃、约-30℃至约120℃、约-30℃至约110℃、约-20℃至约140℃、约-20℃至约130℃、约-20℃至约120℃、约-20℃至约110℃等)的温度下不发生相分离或相分解。在各种示例性实施方案中，固溶体的带隙能量(Eg)可以满足以下等式2。在一些情形中，固溶体的带隙能量(Eg)的范围为1.4eV至1.5eV(例如，1.4eV、1.40eV、1.41eV、1.42eV、1.43eV、1.44eV、1.45eV、1.46eV、1.47eV、1.48eV、1.49eV、或1.5eV)。[等式2]Eg＝1.61-1.32.m+5.48.m2-13.13.m3+18.11.m4-13.00.m5+3.74·m6在其它示例性实施方案中，固溶体的带隙能量(Eg)为1.47eV或更小(例如，1.47eV、1.46eV、1.45eV、1.44eV、1.43eV、1.42eV、1.41eV、1.40eV)。在各种示例性实施方案中，在化学式1中，M可以为铅(Pb)，m＝0.45(m等于0.45)，并且n＝0.05(n等于0.05)，且固溶体可以在-40℃至150℃的温度范围中具有三方相晶体结构，可以不发生相分离或相分解，并且可以具有为1.47eV或更小的带隙能量。在其它示例性实施方案中，钙钛矿太阳能电池可以包括：第一电极；电子传输层，其形成在所述第一电极上；光吸收层，其包含光吸收体；空穴传输层，其形成在所述光吸收层上；以及第二电极，其形成在所述空穴传输层上。本专利技术使用具有特定组成的固溶体作为光吸收体，所述固溶体即使在低温区域也保持显示出光伏性能的晶体结构，由此可以提供一种在宽广的温度区域内稳定并显示出高效率的钙钛矿太阳能电池。本专利技术还提出了在为了降低或调节带隙能量而加入溴离子(Br-)时不发生相分离或相分解的固溶体的特定组成，由此可以提供显示出更高效率的钙钛矿太阳能电池。本专利技术的方法和装本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其含有通过以下化学式1表示的固溶体作为光吸收体：化学式1(A11‑mA2m)M(X11‑nX2n)3，其中，A1为甲脒盐阳离子(HC(NH2)2+)，A2为甲基铵盐阳离子(CH3NH3+)；M为二价金属离子；X1为碘离子，X2为溴离子；并且，0.2≤m≤0.7且0

【技术特征摘要】
2017.05.02 KR 10-2017-00561521.一种钙钛矿太阳能电池，其含有通过以下化学式1表示的固溶体作为光吸收体：化学式1(A11-mA2m)M(X11-nX2n)3，其中，A1为甲脒盐阳离子(HC(NH2)2+)，A2为甲基铵盐阳离子(CH3NH3+)；M为二价金属离子；X1为碘离子，X2为溴离子；并且，0.2≤m≤0.7且0<n≤0.15。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中，m的范围为0.4至0.5，n的范围为0.04至0.07。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中，m和n满足以下等式1等式14.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述二价金属离子选自二价过渡金属、稀土金属、碱土金属、Pb、Sn、Ge、Ga、In、Al、Sb、Bi、Po及其组合。5.根据权利要求1所述的钙钛矿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩荣，宋美莲，S·金，金相学，鱼文祯，金亨俊，田智圆，严太大兄，洪起夏，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，汉田大学产学协力机构，
类型：发明
国别省市：韩国,KR