一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法技术

本发明专利技术公开了一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，将含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液在惰性气氛下采用一步旋涂法旋涂在玻璃基片上，滴加反溶剂后退火即可。本发明专利技术方法的钙钛矿膜层的晶粒尺寸达到910nm，从而达到减少界面缺陷、改善载流子输运性能、进而提升钙钛矿膜层光电性能的效果，光致发光光谱强度达到1500，瞬态寿命达到171.57ns，具有良好的光电性质，长寿命，可制备出高效的钙钛矿太阳能电池，提高光电转化效率，可以应用于高效的钙钛矿太阳能电池等领域。

A Method for Increasing the Grain Size of Perovskite Film in Perovskite Solar Cells

【技术实现步骤摘要】
一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层的制备方法，特别涉及一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是在染料敏化太阳能电池的基础上发展起来的，并在众多的新型太阳能电池里脱颖而出，其太阳能转化效率已从2009年的3.8％，发展到现在的24.2％。钙钛矿太阳能电池具有以下优点：载流子迁移率高、吸光性能好、结构简单、成本低和制备条件温和等。此外，结晶性良好、高质量的钙钛矿薄膜能够产生更多的光生载流子，而平整光滑无孔洞的钙钛矿薄膜能够更好地与传输层接触，光生空穴/电子能够有效传输至空穴/电子传输层，以减少载流子复合，保证足够多的载流子能被电极收集。因此，控制钙钛矿膜层结晶过程中的成核、生长速率，可以有效调控钙钛矿晶体的尺寸大小，所制备出的高质量钙钛矿吸光薄膜界面缺陷减少，载流子的输运性能得以进一步改善，最终可以提升钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的是提供一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，该方法在钙钛矿太阳能电池的前驱体溶液中掺杂少量的氨基酸材料，控制钙钛矿膜层结晶过程中的成核、生长速率。技术方案：本专利技术提供一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，将含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液采用一步旋涂法旋涂在玻璃基片上，滴加反溶剂后退火即可。进一步地，所述氨基酸材料为D-2氨基己二酸。进一步地，所述含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液的制备方法，包括如下步骤：(1)将PbI2溶于DMF和DMSO的混合溶液中；(2)放入振荡仪中，振荡使溶液均匀；(3)再向溶液中加入甲胺碘、甲氨氯及氨基酸材料(钝化材料)，放入振荡仪中，振荡18-20min，即可。进一步地，所述含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液旋涂前需要进行过滤，目的是去除溶液中未溶解的颗粒。进一步地，所述反溶剂滴加时间需保持在6s以内，目的是保障钙钛矿膜层快速结晶。进一步地，所述玻璃基片在旋涂前使用UV处理，目的是保障旋涂溶液更好的在基片上铺展开。进一步地，所述玻璃基片UV处理前使用丙酮与乙醇棉球擦洗玻璃基底，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声后，烘干，上述处理过程目的是保障基片洁净。本专利技术原理是在氨基酸材料配体发挥辅助作用时，与前驱体溶液中的钙钛矿骨架上的金属离子相互作用并形成中间相，以此减慢了钙钛矿的结晶速率进而使其均匀成核。通过后处理步骤释放配体，最终得到平整致密的钙钛矿晶体薄膜。通过对钙钛矿太阳能电池的前驱体溶液掺杂的氨基酸材料(D-2氨基己二酸)，来改性前驱体溶液，以达到增大钙钛矿膜层晶粒尺寸的目的，从而使钙钛矿层更好地与传输层接触，光生空穴/电子能够有效传输至空穴/电子传输层，减少载流子复合，保证足够多的载流子能被电极收集，最终改善电池的光电转换性能。有益效果：本专利技术的钙钛矿膜层的晶粒尺寸达到910nm，光致发光光谱强度达到1500，瞬态寿命达到171.57ns，具有良好的光电性质，长寿命，可制备出高效的钙钛矿太阳能电池，提高光电转化效率。附图说明图1是未掺杂氨基酸的钙钛矿前驱体溶液旋涂得到的薄膜(标准样)的扫描电子显微镜图像；图2为掺杂D-2氨基己二酸(1mmol/L)的钙钛矿前驱体溶液旋涂得到的薄膜(钝化样品)的扫描电子显微镜图像；图3为标准样和D-2氨基己二酸钝化后的样品的光致发光谱图；图4为标准样和D-2氨基己二酸钝化后的样品的瞬态荧光寿命图。具体实施方式(1)玻璃基片的清洗：使用丙酮与乙醇棉球擦洗玻璃基片，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声15分钟后，100℃烘干；(2)玻璃基片的处理：对玻璃基片UV处理15min；(3)钙钛矿膜层的制备：以有和没有掺杂氨基酸材料(钝化材料)D-2氨基己二酸的体系进行对比，具体如下：未钝化(没有掺杂氨基酸材料)钙钛矿膜层的制备：将基片移入手套箱，在氮气氛围下，采用一步旋涂法，将前驱体溶液(1molPbI2溶在1mLDMF和DMSO的混合溶剂中，其中DMF和DMSO体积比是6.28∶1)滴在基底上，以5000rpm的转速立刻旋涂，旋涂时间为35s，在6.5s内滴加反溶剂，放置在70℃热台上退火30分钟；D-2氨基己二酸钝化(掺杂氨基酸材料)的钙钛矿膜层的制备：将基片移入手套箱，在氮气氛围下，采用一步旋涂法，将前驱体溶液(1molPbI2溶在1mLDMF和DMSO的混合溶剂中，其中DMF和DMSO体积比是6.28∶1，再向溶液中加入600mg甲胺碘、8.7mg甲氨氯及1mmol/L的D-2氨基己二酸，放入振荡仪中，振荡18-20min，即可)滴在基底上，以5000rpm的转速立刻旋涂，旋涂时间为35s，在6s内滴加反溶剂，放置在70℃热台上退火30分钟。图1为标样的扫描电子显微镜图像，沉积在玻璃基片上的薄膜平整致密，且部分钙钛矿晶粒尺寸为736nm；图2为掺杂D-2氨基己二酸的扫描电子显微镜图像，沉积在玻璃基片上的薄膜平整致密，且部分钙钛矿晶粒尺寸为910nm；图3为标样和D-2氨基己二酸钝化后的样品的光致发光谱图；图4为标样和D-2氨基己二酸钝化后的样品的瞬态荧光寿命图，钝化后的瞬态寿命达到140ns。本实施例瞬态荧光光谱中平均衰减时间(τavr)的计算方法如公式1.1：τavr＝A1τ1+A2τ2+A3τ31.1其中A1、A2和A3表示衰减振幅，τ1，τ2和τ3表示衰减时间。通过仪器拟合计算得出的结果如下表所示。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，其特征在于：将含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液在惰性气氛下采用一步旋涂法旋涂在玻璃基片上，滴加反溶剂后退火即可。

【技术特征摘要】
1.一种增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，其特征在于：将含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液在惰性气氛下采用一步旋涂法旋涂在玻璃基片上，滴加反溶剂后退火即可。2.根据权利要求1所述的增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，其特征在于：所述氨基酸材料为D-2氨基己二酸。3.根据权利要求1所述的增大钙钛矿太阳能电池钙钛矿膜层晶粒尺寸的方法，其特征在于：所述含有氨基酸材料的钙钛矿前驱体溶液的制备方法，包括如下步骤：(1)将PbI2溶于DMF和DMSO的混合溶液中；(2)放入振荡仪中，振荡使溶液均匀；(3)再向溶液中加入甲胺碘、甲氨氯及氨基酸材料，放入振荡仪中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淑芬，孙煜，钱洁，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32