一种钙钛矿薄膜及其制备方法和其应用技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿薄膜及其制备方法和其应用。本发明专利技术通过热旋涂技术和双胺分子界面修饰提高了钙钛矿结晶性、抑制电荷复合、减少了能量损失，进而提升了钙钛矿太阳能电池的光电性能和效率。本发明专利技术通过比较热旋涂技术和后加热旋涂技术，发现热旋涂技术比后加热旋涂有明显好的结晶性，通过对电池器件光电性能的测试，也发现热旋涂的光电性能整体比后加热旋涂的高，主要体现在电流密度的变化。本发明专利技术提出的利用双胺类分子进行界面修饰可以显著抑制电荷复合，能够在热旋涂工艺的基础上进一步提升电池性能，主要体现在填充因子的大幅增加。本发明专利技术为提高二维钙钛矿薄膜质量和器件光电性能提供了可靠的依据。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜及其制备方法和其应用
本专利技术属于太阳能电池开发
，具体涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法和其应用。
技术介绍
当前，制约人类社会发展的两大问题是能源短缺及环境污染。解决这两大问题的途径之一就是开发和利用可再生资源。太阳能是可再生资源的一种，因其取之不尽、清洁、不受地域限制和利用方式灵活的特点成为新能源领域的研究焦点。太阳能电池自1954年诞生起,经历了三代的发展。其中第一代和第二代电池已经进入实用化阶段，但存在着生产工艺复杂，成本高以及环境污染的问题。而第三代新型薄膜太阳能电池因其轻薄、制备工艺简单、可柔性化，成本低等特点而受到广泛的关注和研究。第三代新型薄膜太阳能电池包括有机太阳能电池，染料敏化太阳能电池，钙钛矿太阳能电池。钙钛矿太阳能电池作为新型薄膜太阳能电池的代表之一。由于钙钛矿材料具有合适的带隙，高摩尔吸光系数，高载流子迁移率和长的激子扩散距离优良的光电特性，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率迅速增长，目前已经超过了20％。成功引领了第三代新型薄膜太阳能电池的发展。目前关于钙钛矿的研究主要是3D钙钛矿，尽管3D钙钛矿光电性能已经取得了很大的成就，但是在水、光和热方面存在着较低的长期稳定性，这阻碍了商业化的实现。最主要的原因是由于其低的形成能，3D钙钛矿本身的不稳定性。为了使钙钛矿太阳能电池实现商业应用，不仅需要高效率，而且长期稳定也至关重要。因此，研究和开发固有稳定的新型光电材料是至关重要的。近年来，由于二维(2D)材料比3D钙钛矿材料对环境稳定性高而引起人们的关注。自2014年，I.C.Smith第一次将二维钙钛矿材料应用于钙钛矿太阳能电池以来，经过几年的发展目前二维钙钛矿太阳能电池取得了不错的成果，但是由于其有比较宽的带隙，和3D钙钛矿相比效率还是比较低。
技术实现思路
本专利技术通过热旋涂技术和双胺分子界面修饰提高了钙钛矿结晶性、抑制电荷复合、减少了能量损失，进而提升了钙钛矿太阳能电池的光电性能和效率。本专利技术的一个目的是提供一种钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜包括下述1)和/或2)：1)在电子传输层上制备钙钛矿吸光层前，先将涂有电子传输层的导电基底50-150℃加热10min；2)将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。所述双胺类分子包括分子结构中包括两个氨基基团的分子。具体的，所述钙钛矿薄膜还包括下述1)-9)所述中的至少一种：1)所述加热包括50℃、100℃或150℃加热10min；2)所述加热包括用热板加热；3)所述钙钛矿吸光层的制备方法包括：将苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅按摩尔比2:2:3溶于DMF溶剂，PbI2的浓度为0.8mol/L，在60℃下加热搅拌2h，过滤得钙钛矿前驱体溶液；取60μL钙钛矿前驱体溶液旋涂有电子传输层的的导电基底上；具体的，所述旋涂包括旋涂机转速为3000rpm，时间50s；4)所述电子传输层的制备方法包括：将210mL无水乙醇、68mL钛酸四丁酯和16.5mL二乙醇胺混合溶解，在室温条件下强烈搅拌1h，得A液；将3.6mL去离子水和100mL无水乙醇的混合液强烈搅拌得B液；将B液缓慢滴加至A液中，速度包括2s/滴或5mL/min，滴加完毕后将反应液静置24h，得到澄清透明的微黄色溶液，过滤得TiO2致密层溶胶；取80μLTiO2致密层溶胶涂抹于导电基底上，转速为3000rpm/30s，然后将制备好的膜烧结完后自然冷却；具体的，所述烧结包括用马弗炉烧结；和/或具体的，烧结过程包括：起始温度设为60℃,然后以5℃/min升温速率升至160℃并保持1h，后以同样的速率升至450℃并保持1h；5)导电基底包括FTO导电玻璃；6)所述双胺类分子包括1,5戊二胺氢碘酸盐7)所述含双胺类分子的溶液包括：溶质为1,5戊二胺氢碘酸盐，溶剂为异丙醇和DMF；具体的，溶质浓度为0.20mM；和/或具体的，异丙醇和DMF的体积比为100:18)所述涂于钙钛矿吸光层上包括：旋涂机转速为3000rpm、时间40s；9)所述将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上包括，将40μL双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。本专利技术的另外一个目的是提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，所述方法包括下述1)和/或2)：1)在电子传输层上制备钙钛矿吸光层前，先将涂有电子传输层的导电基底50-150℃加热10min；2)将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。具体的，所述方法还包括下述1)-9)所述中的至少一种：1)所述加热包括50℃、100℃或150℃加热10min；2)所述加热包括用热板加热；3)所述钙钛矿吸光层的制备方法包括：将苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅按摩尔比2:2:3溶于DMF溶剂，PbI2的浓度为0.8mol/L，在60℃下加热搅拌2h，过滤得钙钛矿前驱体溶液；取60μL钙钛矿前驱体溶液旋涂有电子传输层的的导电基底上；具体的，所述旋涂包括旋涂机转速为3000rpm，时间50s；4)所述电子传输层的制备方法包括：将210mL无水乙醇、68mL钛酸四丁酯和16.5mL二乙醇胺混合溶解，在室温条件下强烈搅拌1h，得A液；将3.6mL去离子水和100mL无水乙醇的混合液强烈搅拌得B液；将B液缓慢滴加至A液中，速度包括2s/滴或5mL/min，滴加完毕后将反应液静置24h，得到澄清透明的微黄色溶液，过滤得TiO2致密层溶胶；取80μLTiO2致密层溶胶涂抹于导电基底上，转速为3000rpm/30s，然后将制备好的膜烧结完后自然冷却；具体的，所述烧结包括用马弗炉烧结；和/或具体的，烧结过程包括：起始温度设为60℃,然后以5℃/min升温速率升至160℃并保持1h，后以同样的速率升至450℃并保持1h；5)导电基底包括FTO导电玻璃；6)所述双胺类分子包括1,5戊二胺氢碘酸盐；7)所述含双胺类分子的溶液包括：溶质为1,5戊二胺氢碘酸盐，溶剂为异丙醇和DMF；具体的，溶质浓度为0.20mM；和/或具体的，异丙醇和DMF的体积比为100:18)所述涂于钙钛矿吸光层上包括：旋涂机转速为3000rpm、时间40s；9)所述将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上包括，将40μL双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。本专利技术的再一个目的是提供一种钙钛矿电池，所述电池包括本专利技术任一所述的钙钛矿薄膜；或本专利技术任一所述方法直接制备得到的钙钛矿薄膜。具体的，所述电池还包括：FTO、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和Ag电极。再具体的，所述空穴传输层包括Spiro-OMeTAD；和/或再具体的，所述空穴传输层采用旋涂法制备；和/或再具体的，所述Ag电极的制备通过真空热蒸镀完成。本专利技术的还一个目的是提供一种钙钛矿电池的制备方法，所述方法包括：将210mL无水乙醇、68mL钛酸四丁酯和16.5mL二乙醇胺混合溶解，在室温条件下强烈搅拌1h，得A液；将3.6mL去离子水和100mL无水乙醇的混合液强烈搅拌得B液；将B液缓慢滴加至A液中，速度包括2s/滴或5mL/min，滴加完毕后将反应液静置24h，得到澄清透明的微黄色溶液，过滤得TiO2致密层溶胶；取80μLTiO2致密层溶胶涂抹于导电基底上，转速为3000rpm/30s，然后将制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜包括下述1)和/或2)：1)在电子传输层上制备钙钛矿吸光层前，先将涂有电子传输层的导电基底50‑150℃加热10min；2)将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜包括下述1)和/或2)：1)在电子传输层上制备钙钛矿吸光层前，先将涂有电子传输层的导电基底50-150℃加热10min；2)将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜还包括下述1)-9)所述中的至少一种：1)所述加热包括50℃、100℃或150℃加热10min；2)所述加热包括用热板加热；3)所述钙钛矿吸光层的制备方法包括：将苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅按摩尔比2:2:3溶于DMF溶剂，PbI2的浓度为0.8mol/L，在60℃下加热搅拌2h，过滤得钙钛矿前驱体溶液；取60μL钙钛矿前驱体溶液旋涂有电子传输层的的导电基底上；4)所述电子传输层的制备方法包括：将210mL无水乙醇、68mL钛酸四丁酯和16.5mL二乙醇胺混合溶解，在室温条件下强烈搅拌1h，得A液；将3.6mL去离子水和100mL无水乙醇的混合液强烈搅拌得B液；将B液缓慢滴加至A液中，速度包括2s/滴或5mL/min，滴加完毕后将反应液静置24h，得到澄清透明的微黄色溶液，过滤得TiO2致密层溶胶；取80μLTiO2致密层溶胶涂抹于导电基底上，转速为3000rpm/30s，然后将制备好的膜烧结完后自然冷却；5)导电基底包括FTO导电玻璃；6)所述双胺类分子包括1,5戊二胺氢碘酸盐7)所述含双胺类分子的溶液包括：溶质为1,5戊二胺氢碘酸盐，溶剂为异丙醇和DMF；具体的，溶质浓度为0.20mM；和/或具体的，异丙醇和DMF的体积比为100:18)所述涂于钙钛矿吸光层上包括：旋涂机转速为3000rpm、时间40s；9)所述将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上包括，将40μL双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。3.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述1)和/或2)：1)在电子传输层上制备钙钛矿吸光层前，先将涂有电子传输层的导电基底50-150℃加热10min；2)将双胺类分子和/或含双胺类分子的溶液涂于钙钛矿吸光层上。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括下述1)-9)所述中的至少一种：1)所述加热包括50℃、100℃或150℃加热10min；2)所述加热包括用热板加热；3)所述钙钛矿吸光层的制备方法包括：将苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅按摩尔比2:2:3溶于DMF溶剂，PbI2的浓度为0.8mol/L，在60℃下加热搅拌2h，过滤得钙钛矿前驱体溶液；取60μL钙钛矿前驱体溶液旋涂有电子传输层的的导电基底上；具体的，所述旋涂包括旋涂机转速为3000rpm，时间50s；4)所述电子传输层的制备方法包括：将210mL无水乙醇、68mL钛酸四丁酯和16.5mL二乙醇胺混合溶解，在室温条件下强烈搅拌1h，得A液；将3.6mL去离子水和100mL无水乙醇的混合液强烈搅拌得B液；将B液缓慢滴加至A液中，速度包括2s/滴或5mL/min，滴加完毕后将反应液静置24h，得到澄清透明的微黄色溶液，过滤得TiO2致密层溶胶；取80μLTiO2致密层溶胶涂抹于导电基底上，转速为3000rpm/30s，然后将制备好的膜烧结完后自然冷却；具体的，所述烧结包括用马弗炉烧结；和/或具体的，烧结过程包括：起始温度设为60℃,然后以5℃/min升温速率升至160℃并保持1h，后以同样的速率升至450℃并保持1...

【专利技术属性】
技术研发人员：史彦涛，李燕茜，
申请(专利权)人：东莞理工学院，北京赛知科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44