一种全无机钙钛矿层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种全无机钙钛矿层，在所述全无机钙钛矿层中掺杂有铵盐类的稳定剂，有效的抑制了钙钛矿材料中离子的迁移，维持了钙钛矿相的稳定。本发明专利技术还公开了一种掺杂有稳定剂的钙钛矿层的制备方法和应用，通过掺杂本发明专利技术中的稳定剂，提高了钙钛矿单结太阳能电池和钙钛矿/硅异质结叠层太阳能电池的稳定性，进一步提高了光电转换效率，最高可达25.04％。

A completely inorganic perovskite layer and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种全无机钙钛矿层及其制备方法和应用
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种全无机钙钛矿层及其制备方法和应用。
技术介绍
卤化物钙钛矿材料由于其优异的光电特性成功应用于太阳电池、LED、激光器、探测器等光电器件中。自从2009年日本科学家宫坂力教授首次将卤化物钙钛矿材料应用于太阳电池中，获得3.8％的光电转换效率。在短短10年间，钙钛矿太阳电池已经取得了极大的成功，光电转换效率高达23.7％，超过了传统的CIGS、CdTe和多晶硅电池。钙钛矿太阳能电池材料包括有机无机混合晶体材料和全无机钙钛矿材料。在有机无机混合材料中，如CH3NH3PbX3(X＝Cl、Br、I)，其中的卤素离子与有机成分的作用力较弱，很容易断开，从而导致钙钛矿电池的稳定性较差，最终引起器件性能的恶化。虽然一些全无机钙钛矿材料具有相对较高的稳定性，如CsPbI3，但其在300℃以上才能形成钙钛矿相，在常温下会转变为非钙钛矿相，由此造成电池的失效。为了进一步提高电池的性能，有研究提出，在钙钛矿层中加入添加剂，添加剂可以辅助形成更均匀的晶核，提高晶体的稳定性，并且可以控制制备平整的膜层，提高表面覆盖率，控制晶粒大小，进而达到提高电池效率的目的。目前常用的添加剂为聚合物、富勒烯、无机酸等，这些方法有效的调控了钙钛矿的结晶过程，但不能抑制卤素离子的分离，不能有效的控制钙钛矿电池的老化。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是钙钛矿材料所存在的有机成分易分解、常温下钙钛矿相不稳定，导致钙钛矿电池的稳定性差、易老化的问题，为了克服现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种全无机钙钛矿层、制备方法及钙钛矿太阳能电池，可以在常温下实现钙钛矿相的稳定，有利于提高太阳能电池的稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种全无机钙钛矿层，所述全无机钙钛矿层内掺杂有稳定剂，所述稳定剂的结构式为：其中，R1、R2、R3、R4独立地选自烷基、苯基、取代的苯基、苄基、取代的苄基，X为氯、碘、溴。可选地，所述稳定剂为苯基三甲基氯化铵、苯基三甲基溴化铵、苄基三甲基氯化铵和苄基三甲基溴化铵中的一种或几种。一种如前所述的全无机钙钛矿层的制备方法，包括以下步骤：1)制备全无机钙钛矿前驱体溶液；2)在所述全无机钙钛矿前驱体溶液中加入稳定剂，得到前驱稳定剂混合溶液，所述稳定剂的浓度为5mg/mL-12mg/mL；3)采用旋涂、刮涂、或喷涂所述前驱稳定剂混合溶液中的任意一种加工方式制备全无机钙钛矿层。可选地，还包括在所述旋涂、所述刮涂或所述喷涂过程中进行反溶剂萃取的步骤。可选地，所述前驱体溶液中含有至少一种二价金属卤化物前驱物AM2的溶液，含有至少一种BM溶液，A为二价金属阳离子：铅、锡、铜、锌、镉、铟、锑、铂中的任意一种阳离子，M为碘、氯、溴中的任意一种，B为锂、钠、钾、铯、铷中的任意一种。可选地，所述全无机钙钛矿层的厚度为50nm-600nm，优选为150-500nm。一种钙钛矿/硅异质结太阳能叠层电池，包括依次设置底电池和顶电池，其中底电池和顶电池之间设置有隧穿层，底电池包括依次设置的第一背电极层、第一透明导电层和硅异质结层，顶电池包括依次设置的电子传输层或空穴传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层或电子传输层、第二透明导电层和第二背电极层，所述钙钛矿吸收层为如前所述的全无机钙钛矿层。可选地，所述硅异质结层包括依次设置的N型或P型非硅晶层、第一本征非晶硅层、N型单晶硅层、第二本征非晶硅层、P型或N型非晶硅层。可选地，所述第二透明导电层与所述空穴传输层或所述电子传输层之间设置有无机保护层。一种钙钛矿单结太阳能电池，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极层，其特征在于，所述钙钛矿吸收层为如前所述的全无机钙钛矿层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1)本专利技术在钙钛矿前驱体溶液中加入了稳定剂，有效的抑制了钙钛矿材料中离子的迁移，维持了钙钛矿相的稳定，从而提高了太阳能电池器件的稳定性；2)本专利技术采用全无机钙钛矿材料，避免了有机无机混合的钙钛矿材料中所出现的有机成分分离的问题，有助于提高钙钛矿电池的稳定性；3)本专利技术解决了一些全无机钙钛矿材料只能在高温条件下才能形成稳定钙钛矿相的问题，在常温下条件下，在全无机钙钛矿材料中加入稳定剂，即可将其稳定在钙钛矿相，扩大了钙钛矿材料的应用范围。附图说明图1为本专利技术实施例的钙钛矿/硅异质结太阳能叠层电池的结构图。图2为本专利技术实施例的钙钛矿/硅异质结太阳能叠层电池的结构图。图3为本专利技术实施例的硅异质结层。图4为本专利技术实施例的硅异质结层。图5为本专利技术实施例的单结钙钛矿太阳能电池的正式结构图。图6为本专利技术实施例的单结钙钛矿太阳能电池的反式结构图。附图标记说明1-第一背电极层、2-第一透明导电层、3-硅异质结层、4-隧穿层、5-电子传输层、6-钙钛矿层、7-空穴传输层、8-无机保护层、9-第二透明导电层、10-第二背电极层、31-N型非晶硅层、32-第一本征非晶硅层、33-N型单晶硅层、34-第二本征非晶硅层、35-P型非晶硅层具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本专利技术进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的保护范围。本专利技术中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。本专利技术提供了一种全无机钙钛矿层，该全无机钙钛矿层中掺杂有稳定剂，该稳定剂的结构式为：其中，R1、R2、R3、R4独立地选自烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基，X为氯、碘、溴。其中，稳定剂可进一步地选为苯基三甲基氯化铵、苯基三甲基溴化铵、苄基三甲基氯化铵和苄基三甲基溴化铵中的一种或几种。稳定剂的一端所含有卤素离子具有孤对电子，可以与具有空轨道的原子络合，另外，在钙钛矿层的制备过程中，会产生局部卤素离子的空位，而稳定剂中卤素离子的存在正好可以有效的减少钙钛矿层中的卤素离子空位，从而有效的维持材料的钙钛矿相；稳定剂中的另一端连接有烷基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的苄基供电子基团，这一端可以通过离子键、范德华力、偶极作用、配位作用与钙钛矿层发生相互作用，钝化钙钛矿层的表面缺陷，提高钙钛矿电池的长期稳定性。本专利技术还公开了一种如前所述的掺杂有稳定剂的全无机钙钛矿层的制备方法，包括以下步骤：1)制备全无机钙钛矿前驱体溶液；2)在所述全无机钙钛矿前驱体溶液中加入稳定剂，得到前驱稳定剂混合溶液；3)采用旋涂、刮涂、或喷涂所述前驱稳定剂混合溶液中的任意一种加工方式制备全无机钙钛矿层。其中，稳定剂的浓度为5mg/mL-12mg/mL，在此范围内，稳定剂能更好的抑制卤素离子迁移，稳定钙钛矿相，提高钙钛矿电池的稳定性。在旋涂、刮涂或喷涂前驱稳定剂混合溶液的过程中还可以进行反溶剂萃取的步骤，以提高所制备的全无机钙钛矿吸收层的膜层质量。在前驱体溶液中含有至少一种二价金属卤化物前驱物AM2的溶液，含有至少一种BM溶液，A为二价金属阳离子：铅、锡、铜、锌、镉、铟、锑、铂中的任意一种阳离子，M为碘、氯、溴中的任意一种，B为锂、钠、钾、铯、铷中的至少任意一种。在前驱体溶液中还包括有机溶剂，可选为砜类/亚砜类溶剂、酯类本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全无机钙钛矿层，其特征在于，所述全无机钙钛矿层内掺杂有稳定剂，所述稳定剂的结构式为：

【技术特征摘要】
1.一种全无机钙钛矿层，其特征在于，所述全无机钙钛矿层内掺杂有稳定剂，所述稳定剂的结构式为：其中，R1、R2、R3、R4独立地选自烷基、苯基、取代的苯基、苄基、取代的苄基，X为氯、碘、溴。2.根据权利要求1所述的一种全无机钙钛矿层，其特征在于，所述稳定剂为苯基三甲基氯化铵、苯基三甲基溴化铵、苄基三甲基氯化铵和苄基三甲基溴化铵中的一种或几种。3.一种如权利要求1或2所述的一种全无机钙钛矿层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备全无机钙钛矿前驱体溶液；2)在所述全无机钙钛矿前驱体溶液中加入稳定剂，得到前驱稳定剂混合溶液，所述稳定剂的浓度为5mg/mL-12mg/mL；3)采用旋涂、刮涂、或喷涂所述前驱稳定剂混合溶液中的任意一种加工方式制备全无机钙钛矿层。4.根据权利要求3所述的一种全无机钙钛矿层的制备方法，其特征在于，还包括在所述旋涂、所述刮涂或所述喷涂过程中进行反溶剂萃取的步骤。5.根据权利要求3所述的一种全无机钙钛矿层的制备方法，其特征在于，所述前驱体溶液中含有至少一种二价金属卤化物前驱物AM2的溶液，含有至少一种BM溶液，A为二价金属阳离子：铅、锡、铜、锌、镉、铟、锑、铂中的任意一种阳离子，M为碘、氯、溴中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔义乾，唐泽国，张倩，
申请(专利权)人：北京宏泰创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11