钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿型ABX3有机‑无机杂化材料和交联聚合物，交联聚合物为三丙烯酸酯类化合物交联得到的聚合物。其制备方法包括以下步骤：将三丙烯酸酯类化合物、AX和BX2溶于溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液并置于一基底上，再对基底进行退火处理和加热处理，得到钙钛矿薄膜；其中，在加热过程中，三丙烯酸酯类化合物进行交联反应。该钙钛矿薄膜借助交联聚合物优异的空气和光热稳定性，改善钙钛矿薄膜对空气、高温以及光照的耐受性。将其与空穴传输层及电子传输层叠层设置用于钙钛矿太阳能电池中，可以提高钙钛矿太阳能电池在实际工作状态下的稳定性。

Perovskite thin films, perovskite solar cells and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，特别是涉及钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池效率高，成本低，近年来受到了人们的广泛关注。目前，制约钙钛矿太阳能电池走向实用化的最大瓶颈在于其稳定性。而现有技术中关于钙钛矿太阳能电池稳定性的研究主要集中于钙钛矿太阳能电池在空气中的稳定性，即钙钛矿太阳能电池在暗光、非工作状态下的稳定性。目前，虽然钙钛矿太阳能电池的空气稳定性得到了明显的提升，但是其在实际工作状态下的稳定性除了受空气的影响外，还受到外界温度、光照以及电场等因素的影响。因此，如何综合提高钙钛矿太阳能电池在实际工作中的稳定性仍是一个挑战。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述问题，提供一种钙钛矿薄膜及其制备方法，该钙钛矿薄膜借助交联聚合物优异的空气和光热稳定性，改善钙钛矿薄膜对空气、高温以及光照的耐受性，将其用于钙钛矿太阳能电池中，可以有效提高钙钛矿太阳能电池在实际工作状态下的稳定性。一种钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料和交联聚合物；其中，所述交联聚合物为三丙烯酸酯类化合物交联得到的聚合物。由于包括由三丙烯酸酯类化合物交联形成的交联聚合物，因此该钙钛矿薄膜均匀致密，没有明显空洞。同时，所述钙钛矿薄膜内含有所述交联聚合物，该交联聚合物具有优异的空气和光热稳定性，且该交联聚合物能够包覆在钙钛矿晶界表面，起到保护层的作用，阻挡外界水汽通过晶界的入侵，避免由于水汽而造成钙钛矿的分解，提高钙钛矿在空气中的稳定性。此外，在光热作用下，钙钛矿内部的离子迁移/扩散是影响其光热稳定性的重要因素，而该交联聚合物能够附着在晶界表面，阻挡了钙钛矿内部的离子沿着晶界的迁移/扩散通道，进一步提高钙钛矿的光热稳定性。因而可借助交联聚合物而使钙钛矿薄膜对空气、高温以及光照的耐受性得到改善，进而使钙钛矿薄膜的空气稳定性、热稳定性以及光稳定性得到提高。本专利技术还提供上述钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将三丙烯酸酯类化合物、AX和BX2溶于溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；将所述钙钛矿前驱体溶液置于一基底上；对带有钙钛矿前驱体溶液的基底进行退火处理和加热处理，得到钙钛矿薄膜；其中，在加热过程中，三丙烯酸酯类化合物进行交联反应。上述钙钛矿薄膜的制备方法中，在钙钛矿前驱体溶液中引入了可交联的三丙烯酸酯类化合物，经过加热处理，使三丙烯酸酯类化合物在钙钛矿薄膜中原位交联，得到稳定的交联聚合物。借助交联聚合物优异的空气和光热稳定性，改善钙钛矿薄膜对空气、高温以及光照的耐受性，从而提高钙钛矿薄膜的空气以及光热稳定性。本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池，其包括叠层设置空穴传输层、钙钛矿薄膜和电子传输层，所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料和交联聚合物；其中，所述交联聚合物为三丙烯酸酯类化合物交联得到的聚合物。上述钙钛矿薄膜均匀致密，没有明显的空洞，且钙钛矿薄膜具有优异的空气稳定性、热稳定性以及光热稳定性。因此，使用上述钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池可以在光照以及外加负载的工作状态下具有良好的稳定性。本专利技术还提供上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供一衬底；在所述衬底上形成空穴传输层；以及在所述空穴传输层上采用上述钙钛矿薄膜的制备方法形成钙钛矿薄膜；以及在所述钙钛矿薄膜上形成电子传输层；以及在所述电子传输层上形成电极。上述钙钛矿太阳能电池的制备方法简单、易操作，制成的钙钛矿太阳能电池可以在光照以及外加负载的工作状态下具有良好的稳定性，为可以稳定工作的钙钛矿太阳能电池的制备提供了一种新的方法。附图说明图1为本专利技术实施例1的钙钛矿薄膜的加热处理前、后的红外图谱图，图中，m为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的红外曲线，n为钙钛矿薄膜加热处理前的红外曲线，c为钙钛矿薄膜加热处理后的红外曲线，d为CH3NH3PbI3的红外曲线；图2为本专利技术实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的扫描电镜图，图中，a为实施例1制备的钙钛矿薄膜扫描电镜图，b为对比例1制备的钙钛矿薄膜的扫描电镜图；图3为本专利技术实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的X射线衍射(XRD)图谱对比图，图中，e为对比例1的钙钛矿薄膜的X射线衍射曲线，f为实施例1的钙钛矿薄膜的X射线衍射曲线；图4为本专利技术钙钛矿太阳能电池的结构示意图，图中，1为衬底，2为空穴传输层，3为钙钛矿薄膜，4为电子传输层，5为电极；图5为本专利技术实施例5和对比例2的钙钛矿太阳能电池在实际工作中的稳定性对比图。具体实施方式以下将对本专利技术提供的钙钛矿薄膜、钙钛矿太阳能电池及其制备方法作进一步说明。本专利技术提供一种钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料和交联聚合物。其中，所述交联聚合物为三丙烯酸酯类化合物交联得到的聚合物。所述钙钛矿薄膜中所述交联聚合物所占的质量百分比为0.3％～2％。考虑到对钙钛矿薄膜的空气、高温以及光照的耐受性改善效果，优选地，所述钙钛矿薄膜中所述交联聚合物所占的质量百分比为0.3％～1％。所述钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料中A为有机胺阳离子，B为Pb2+、Sn2+、Ge2+中的任意一种，X为卤素阴离子或SCN-。优选地，所述A为CH3NH3+、HC(NH2)2+、CH3CH2NH3+中的任意一种，所述X为Cl-、Br-、I-中的任意一种。由于CH3NH3PbI3的电子和空穴扩散长度分别为130nm和100nm，禁带宽度为1.51eV，在400nm～800nm范围内均有良好的吸收，因此，所述钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料进一步优选为CH3NH3PbI3。所述三丙烯酸酯类化合物为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三-2-丙烯酸[2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-次基]三-2,1-亚乙酯中的一种或多种。由于三羟甲基丙烷三丙烯酸酯不含亲水性的羟基，其交联聚合物的疏水性能更好，更有利于提高器件在空气中的稳定性。同时，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯可以在较低温度下(140℃)进行交联，易于实现低温溶液法制备器件。此外，三羟甲基丙烷三丙烯酸酯的熔点在-66℃，室温下是液体，更容易掺入到钙钛矿前驱体溶液中，可以在较大的范围内调节其在钙钛矿薄膜中的含量。因此，所述三丙烯酸酯类化合物进一步优选为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯。由于包括由三丙烯酸酯类化合物交联形成的交联聚合物，因此该钙钛矿薄膜均匀致密，没有明显空洞。同时，所述钙钛矿薄膜内含有所述交联聚合物，该交联聚合物具有优异的空气和光热稳定性，且该交联聚合物能够包覆在钙钛矿晶界表面，起到保护层的作用，阻挡外界水汽通过晶界的入侵，避免由于水汽而造成钙钛矿的分解，提高钙钛矿在空气中的稳定性。此外，在光热作用下，钙钛矿内部的离子迁移/扩散是影响其光热稳定性的重要因素，而该交联聚合物能够附着在晶界表面，阻挡了钙钛矿内部的离子沿着晶界的迁移/扩散通道，进一步提高钙钛矿的光热稳定性。因而可借助交联聚合物而使钙钛矿薄膜对空气、高温以及光照的耐受性得到改善，进而使钙钛矿薄膜的空气稳定性、热稳定性以及光稳定性得到提高。本专利技术还提供一种钙钛矿薄膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：将三丙烯酸酯类化合物、AX和BX2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钙钛矿型ABX3有机‑无机杂化材料和交联聚合物；其中，所述交联聚合物为三丙烯酸酯类化合物交联得到的聚合物。

【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钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料和交联聚合物；其中，所述交联聚合物为三丙烯酸酯类化合物交联得到的聚合物。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述三丙烯酸酯类化合物为三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、三-2-丙烯酸[2,4,6-三氧代-1,3,5-三嗪-1,3,5(2H,4H,6H)-次基]三-2,1-亚乙酯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿薄膜中所述交联聚合物所占的质量百分比为0.3％～2％。4.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿型ABX3有机-无机杂化材料中A为有机胺阳离子，B为Pb2+、Sn2+、Ge2+中的任意一种，X为卤素阴离子或SCN-。5.一种钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：将三丙烯酸酯类化合物、AX和BX2溶于溶剂中，得到钙钛矿前驱体溶液；将所述钙钛矿前驱体溶液置于一基底上；对带有钙钛矿前驱体溶液的基底进行退火处理和加热处理，得到钙钛矿薄膜；其中，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：方俊锋，李晓冬，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33