一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池制备方法技术

本发明专利技术公开了一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括步骤：将透明电极衬底进行超声波清洗后再通过臭氧等离子体清洗；然后依次采用不同的旋涂速度制备空穴传输层和钙钛矿吸光层薄膜；在钙钛矿吸光层上按预设的旋涂速度旋涂制备电子传输层材料的溶液，形成薄膜后放置在设定温度的热台上进行退火处理；在形成的电子传输层上旋涂设定量的极性溶剂，在真空蒸镀仓镀腔中，通过热蒸发的方式在经极性溶剂修饰处理后的电子传输层上沉积空穴阻挡层传输层和顶电极，本发明专利技术通过在钙钛矿吸光层加入一种有机胺PEAI，促进载流子迁移率，短路电流密度提高，稳定性提高的同时提升了电池性能。

A preparation method of lead-free perovskite solar cell with crystal orientation of perovskite absorption layer induced by organic amine

【技术实现步骤摘要】
一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池制备方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备领域，具体的说是涉及一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
随着光电领域的蓬勃发展，钙钛矿太阳能电池的PCE(高能量转换效率)和低成本制造工艺以及与柔性技术的兼容性等特性完全符合商业要求，因此吸引了全世界的关注，并引发了许多研究兴趣，但是由于市面上大部分的钙钛矿太阳能电池均为铅基的钙钛矿太阳能电池，对环境污染较为严重，因此，锡基的无铅钙钛矿太阳能电池得到了迅猛的发展，近几年钙钛矿太阳能电池的能量转换效率已经提升至超过20％，接近商业化硅基太阳能电池的能量转换效率，这可归因于钙钛矿的独特性质，例如大电荷载流子迁移率和长电荷载流子扩散长度。由于Sn2+极易氧化成Sn4+，因此锡基的钙钛矿极其不稳定，具有疏水性和稳定性的低维无铅钙钛矿太阳能电池也就成为了研究热门。PSC(PerovskiteSolarCells，钙钛矿太阳能电池)器件为钙钛矿吸光层夹在ETL和HTL层之间的夹层结构，ETL和HTL层的性质在很大程度上影响着PSC的器件性能。通过优化ETL和HTL层可有效的改善器件性能，其中，对ETL层表面进行表面溶剂处理是一种有效的途径。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过在钙钛矿吸光层加入一种有机胺PEAI，促进载流子迁移率，短路电流密度提高，稳定性提高的同时提升了电池性能。为了达到上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术是一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述电池包括依次叠加的衬底、透明的电极层、空穴传输层、吸光层、电子传输层空穴阻挡层以及顶电极；所述吸光层夹在空穴传输层和电子传输层之间，在无铅钙钛矿太阳能电池中加入能够诱导钙钛矿吸光层结晶取向的有机胺，所述制备方法包括如下步骤：1)刻有阳电极的玻璃衬底的处理：将刻有阳电极的玻璃衬底依次在去离子水、丙酮、乙醇中各进行10-20min的超声清洗，彻底清洗后放入臭氧等离子体处理器中清洗表面3-5min；2)空穴传输层的制备：将空穴传输层材料旋涂到玻璃衬底表面，放于热台上于115-130℃条件下进行退火处理10-20min，厚度为25-35nm；3)钙钛矿前驱液的配制：将摩尔比为SnI2:PEAI:FAI:SnF2＝1:x:(1-x):0.1溶解在DMF和DMSO体积比为1:1的混合溶液中作为钙钛矿前驱液，所述钙钛矿前驱液的终浓度为1.0-1.2mol/L，室温下磁力搅拌2h；4)钙钛矿薄膜的制备：在所述空穴传输层上滴加30-40uL所述钙钛矿前驱液后以3000-4000rmp的转速开始旋涂在15s之后冲极性溶剂，旋涂过程结束后置于60-70℃热台上退火10min，厚度为300-350nm；5)电子传输层的制备：在钙钛矿薄膜上以2000-3000rpm的转速旋涂电子传输层，所述PCBM溶于氯仿溶液中，厚度为30-40nm；6)空穴阻挡层和电极的制备：在真空镀膜机腔内蒸镀BCP作为空穴阻挡层，厚度为5-10nm，之后蒸镀顶电极，厚度为厚度为80-100nm，最后得到太阳能电池器件。本专利技术的进一步改进在于：所述步骤2)中，所述阳电极为铟锡氧化物(ITO)、氟锡氧化物(FTO)、铝锌氧化物(AZO)或其他透明导电材料中的一种。本专利技术的进一步改进在于：空穴传输层由具有较高空穴迁移率的材料制成。本专利技术的进一步改进在于：所述吸光层由钙钛矿材料的致密晶粒构成。本专利技术的进一步改进在于：电子传输层由具有较高电子迁移率的材料制成。本专利技术的进一步改进在于：钙钛矿前驱体有机胺为苯乙基胺碘(PEAI)。本专利技术的进一步改进在于：步骤4)中的所述极性溶剂为氯苯、乙醇。本专利技术的进一步改进在于：步骤6)中的所述顶电极为具有较高功函数的材料。附图说明图1是本专利技术加入有机胺(PAEI)诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池制备的太阳能电池的结构图。图2是本专利技术实施例1中使用SnI2，FAI，0.05PEAI和SnF2制备的反向平面无铅钙钛矿太阳能电池器件与实例2使用SnI2，FAI和SnF2制备的反向平面钙钛矿太阳能电池器件器件的J-V曲线对比图。图3a是实施例2中使用SnI2，FAI和SnF2制备的钙钛矿薄膜的SEM表征图，图3b是本专利技术实施例1中使用SnI2，FAI，0.05PEAI和SnF2诱导钙钛矿吸光层结晶取向无铅钙钛矿太阳能电池的SEM表征图。其中：1-衬底；2-透明电极层；3-空穴传输层；4-吸光层；5-电子传输层；6-空穴阻挡层；7-顶电极。具体实施方式以下将以图式揭露本专利技术的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本专利技术。也就是说，在本专利技术的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。本专利技术的无铅钙钛矿太阳能电池包括依次叠加的衬底1、透明的电极层2、空穴传输层3、吸光层4、电子传输层5空穴阻挡层6以及顶电极7；所述吸光层4夹在空穴传输层3和电子传输层5之间，本专利技术的制备方法通过吸光层4进行添加有机胺处理，从而改变吸光层4的形貌，达到改善电池性能的效果。实施例一使用碘化锡(SnI2),甲脒碘化铵(FAI),苯乙基胺碘(PEAI)氟化碘(SnF2)制备诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池器件。本专利技术是一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，在无铅钙钛矿太阳能电池中加入能够诱导钙钛矿吸光层结晶取向的有机胺，所述制备方法包括如下步骤：1)将刻有ITO电极的玻璃衬底依次在去离子水、丙酮、乙醇中各进行14min的超声清洗，彻底清洗后放入臭氧等离子体处理器中清洗表面5min；2)空穴传输层的制备：将配制好的PEDOT:PSS溶液以4000rpm的转速旋涂到ITO玻璃衬底表面，放于热台上于130℃条件下进行退火处理10min，厚度为30nm；3)钙钛矿前驱液的配制：将摩尔比为SnI2:PEAI:FAI:SnF2＝1:x:(1-x):0.1溶解在DMF和DMSO体积比为1:1的混合溶液中作为钙钛矿前驱液，此专利技术x取值在0.05，所述钙钛矿前驱液的终浓度为1.0-1.2mol/L，室温下磁力搅拌2h；4)钙钛矿薄膜的制备：在所述空穴传输层上滴加30-40uL所述钙钛矿前驱液后以4000rmp的转速开始旋涂在15s之后冲极性溶剂氯苯，旋涂过程结束后置于70℃热台上退火10min，厚度为300-350nm；5)电子传输层的制备：在钙钛矿薄膜表面上以3000rpm的转速旋涂PCBM溶液制备电子传输层，所述PCBM溶于氯仿溶液中，厚度为40nm；6)空穴阻挡层和电极的制备：在真空镀膜机腔内于高真空条件下蒸镀2,9-二甲基4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述电池包括依次叠加的衬底(1)、透明的电极层(2)、空穴传输层(3)、吸光层(4)、电子传输层(5)空穴阻挡层(6)以及顶电极(7)；所述吸光层(4)夹在空穴传输层(3)和电子传输层(5)之间，其特征在于：在无铅钙钛矿太阳能电池中加入能够诱导钙钛矿吸光层结晶取向的有机胺，所述制备方法包括如下步骤：1)刻有阳电极的玻璃衬底的处理：将刻有阳电极的玻璃衬底依次在去离子水、丙酮、乙醇中各进行10‑20min的超声清洗，彻底清洗后放入臭氧等离子体处理器中清洗表面3‑5min；2)空穴传输层的制备：将空穴传输层材料旋涂到玻璃衬底表面，放于热台上于115‑130℃条件下进行退火处理10‑20min，厚度为25‑35nm；3)钙钛矿前驱液的配制：将摩尔比为SnI2:PEAI:FAI:SnF2＝1:x:(1‑x):0.1溶解在DMF和DMSO体积比为1:1的混合溶液中作为钙钛矿前驱液，所述钙钛矿前驱液的终浓度为1.0‑1.2mol/L，室温下磁力搅拌2h；4)钙钛矿薄膜的制备：在所述空穴传输层上滴加30‑40uL所述钙钛矿前驱液后以3000‑4000rmp的转速开始旋涂在15s之后冲极性溶剂，旋涂过程结束后置于60‑70℃热台上退火10min，厚度为300‑350nm；5)电子传输层的制备：在钙钛矿薄膜上以2000‑3000rpm的转速旋涂电子传输层，所述PCBM溶于氯仿溶液中，厚度为30‑40nm；6)空穴阻挡层和电极的制备：在真空镀膜机腔内蒸镀BCP作为空穴阻挡层，厚度为5‑10nm，之后蒸镀顶电极，厚度为80‑100nm，最后得到太阳能电池器件。...

【技术特征摘要】
1.一种加入有机胺诱导钙钛矿吸光层结晶取向的无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述电池包括依次叠加的衬底(1)、透明的电极层(2)、空穴传输层(3)、吸光层(4)、电子传输层(5)空穴阻挡层(6)以及顶电极(7)；所述吸光层(4)夹在空穴传输层(3)和电子传输层(5)之间，其特征在于：在无铅钙钛矿太阳能电池中加入能够诱导钙钛矿吸光层结晶取向的有机胺，所述制备方法包括如下步骤：1)刻有阳电极的玻璃衬底的处理：将刻有阳电极的玻璃衬底依次在去离子水、丙酮、乙醇中各进行10-20min的超声清洗，彻底清洗后放入臭氧等离子体处理器中清洗表面3-5min；2)空穴传输层的制备：将空穴传输层材料旋涂到玻璃衬底表面，放于热台上于115-130℃条件下进行退火处理10-20min，厚度为25-35nm；3)钙钛矿前驱液的配制：将摩尔比为SnI2:PEAI:FAI:SnF2＝1:x:(1-x):0.1溶解在DMF和DMSO体积比为1:1的混合溶液中作为钙钛矿前驱液，所述钙钛矿前驱液的终浓度为1.0-1.2mol/L，室温下磁力搅拌2h；4)钙钛矿薄膜的制备：在所述空穴传输层上滴加30-40uL所述钙钛矿前驱液后以3000-4000rmp的转速开始旋涂在15s之后冲极性溶剂，旋涂过程结束后置于60-70℃热台上退火10min，厚度为300-350nm；5)电子传输层的制备：在钙钛矿薄膜上以2000-3000rpm的转速旋涂电子传输层，所述PCBM溶于氯仿溶液中，厚度为30-40nm；6...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾文进，于晓，闵永刚，李英豪，唐亚楠，李志，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32