一种高光电转化率钙钛矿电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高光电转化率钙钛矿电池及其制备方法，钙钛矿电池的结构依次为FTO导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、氯化锶薄膜层、空穴传输层和金电极层；电子传输层的材料为二氧化钛或二氧化锡。本发明专利技术的高光电转化率钙钛矿电池在钙钛矿吸光层表面上年制备了一层含有锶盐薄膜修饰层作为界面修饰层，形成了离子迁移的阻挡层。锶盐薄膜修饰层的增加显著提高了钙钛矿太阳能电池的光电性能，使得钙钛矿电池的光电转换效率能够达到21.11%，本发明专利技术钙钛矿电池的稳定性明显提高，有助于推动钙钛矿电池的商业化。

【技术实现步骤摘要】
一种高光电转化率钙钛矿电池及其制备方法
本专利技术涉及有机-无机卤化钙钛矿薄膜电池制备
，具体说是一种高光电转化率钙钛矿电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿电池作为第三代太阳能电池产业，近年来发展迅速，光电转换效率从最初的3.8%上升到25.2%。因此，钙钛矿材料未来可能成为硅基太阳能电池的有力替代品，在LED和光电探测器中也发挥这关键作用。钙钛矿材料的研发不断刷新世界纪录，电池结构也多种多样，其中包括平面型n-i-p结构、介孔型n-i-p结构以及反式p-i-n结构。然而，钙钛矿电池在长期工作条件下的稳定性仍然处于较低水平，其中影响器件稳定性的主要因素包括外部因素如湿度和空气，内部影响因素包括材料的吸湿性、热不稳定性和离子迁移。前者通过先进的封装技术来缓解空气中的水分、氧气、光照等因素的影响，而内部因素则需要调节钙钛矿材料的带隙结构、合适的掺杂剂和界面材料修饰层来解决。由于在电流-电压扫描时给薄膜上施加高外场，卤化钙钛矿中的离子迁移几乎是不可避免的，并且在晶界和界面处的情况更严重，此现象会导致电池的回滞效应以及器件性能的衰减。因此，通过在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间添加合适的界面材料修饰层增加了离子迁移势垒从而减少离子迁移的发生，能有效改善钙钛矿晶体的结晶和表面钝化从而减少缺陷态的产生，进而提高器件的光电性能。前期的研究大部分都关注到了界面材料修饰层在改善电池回滞效应和缺陷态的帮助，但对钙钛矿器件的稳定性研究还亟待解决。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种高光电转化率钙钛矿电池。本专利技术的另一目的是提供一种高光电转化率钙钛矿电池的制备方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高光电转化率钙钛矿电池，所述钙钛矿电池的结构依次为FTO导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、氯化锶薄膜层、空穴传输层和金电极层；所述电子传输层的材料为二氧化钛或二氧化锡。本专利技术进一步的设计方案中，钙钛矿吸光层材料为FAxMA1-xPbIxBr1-x，其中0≤x≤1。本专利技术进一步的设计方案中，空穴传输层材料为聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]（PTAA）或2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(Spiro-oMeTAD)。上述高光电转化率钙钛矿电池的制备方法，包括以下具体步骤：步骤1、清洗FTO导电玻璃：依次采用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇、无水乙醇、去离子水超声波分别清洗FTO导电玻璃，烘干后用氮气枪除去FTO导电玻璃表面杂质；步骤2、制备电子传输层：将电子传输层材料旋涂于FTO导电玻璃上并退火处理；步骤3、制备钙钛矿吸光层：按照一步溶液法将钙钛矿吸光材料配制成溶液，将钙钛矿吸光材料旋涂于电子传输层上，第一转速1000rpm，时间10s，第二阶段转速4000rpm，时间30s，在第二阶段转速10s后移取乙醚迅速滴加于钙钛矿吸光层并退火处理，钙钛矿吸光材料为FAxMA1-xPbIxBr1-x，其中0≤x≤1；步骤4、制备锶盐薄膜层：将锶盐溶液旋涂在钙钛矿吸光层上，进行退火处理，锶盐溶液为氯化锶溶液；步骤5、制备空穴传输层：将空穴传输材料旋涂于锶盐薄膜层上，空穴传输材料为聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]或2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴；步骤6、在空穴传输层上蒸镀金电极。本专利技术进一步的设计方案中，步骤2中的电子传输层材料为二氧化钛溶液，是由二钛酸二异丙酯和无水正丁醇按体积比1:（10～20）的比例配制而成，退火温度为450～500℃，退火时间为60～90min。本专利技术进一步的设计方案中，步骤2中的电子传输层材料为二氧化锡水胶体溶液，是由15%水胶体分散液和去离子水按照体积比1:（4～10）配制而成，退火温度140～150℃，退火时间30～40min。本专利技术进一步的设计方案中，步骤4中氯化锶溶液的摩尔浓度为0.5～2.0mmoL/L。本专利技术进一步的设计方案中，步骤4中将锶盐溶液旋涂在钙钛矿吸光层上时，先将锶盐溶液静止10～15s，旋涂时的转速为3000～5000rpm,退火温度110～115℃，退火时间5～10min。本专利技术具有以下突出的有益效果：本专利技术的高光电转化率钙钛矿电池在钙钛矿吸光层表面上年制备了一层含有锶盐薄膜修饰层作为界面修饰层，形成了离子迁移的阻挡层。锶盐薄膜修饰层的增加显著提高了钙钛矿太阳能电池的光电性能，使得钙钛矿电池的光电转换效率能够发到21.11%，与现有钙钛矿电池相比，平均值超过了20%，同时，含有锶盐薄膜修饰层的钙钛矿电池电压由现有钙钛矿电池的1.00V增加到1.09V，这增加了钙钛矿电池的钝化效果，有效抑制了非辐射复合。本专利技术的钙钛矿电池能有效地解决甲胺和甲脒材料在晶体结构中的离子迁移问题，提高了钙钛矿电池的光电转换效率和器件回滞效应的同时改善器件的稳定性。在连续的1000h干燥空气下的光电性能测试中，含有锶盐薄膜修饰层的钙钛矿电池一直保持较高的光电转换效率，本专利技术钙钛矿电池的稳定性明显提高，有助于推动钙钛矿电池的商业化。本专利技术的高光电转化率钙钛矿电池制备方法简单易操作，且在空气中制备，重复性强。附图说明图1是实施例1中高光电转化率钙钛矿电池与对比钙钛矿电池进行正扫和反扫的光电性能测试结果图；图2是实施例1中高光电转化率钙钛矿电池与对比钙钛矿电池在干燥空气下1000h连续的光电性能测试结果图；图3是检测实施例中测试件A的SEM图；图4是检测实施例中测试件B的SEM图；图5是检测实施例中测试件A和测试件B的荧光发射图；图6是检测实施例中测试件A和测试件B的薄膜荧光寿命图；图7是检测实施例中测试件A和测试件B的薄膜荧光寿命图；图8是检测实施例中测试件C和测试件D薄膜紫外吸收图；图9是检测实施例中测试件C和测试件D薄膜中I的XPS能谱图；图10是检测实施例中测试件C和测试件D薄膜中Pb的XPS能谱图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1步骤1：FTO导电玻璃的清洗：依次采用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇、无水乙醇、去离子水超声波清洗20min，清洗完后烘干，并用氮气枪除去表面杂质。步骤2：电子传输层的制备：按照二钛酸二异丙酯和无水正丁醇体积比1:20的比例配制TiO2溶液，将TiO2溶液旋涂于FTO导电玻璃上，500℃退火90min。步骤3：钙钛矿吸光层的制备：将FA0.95MA0.05PbI0.95Br0.05钙钛矿吸光材料按照一步溶液法旋涂于电子传输层上，第一转速1000rpm，时间10s，第二阶段转速4000rpm，时间30s，在第二阶段转速10s后移取1000uL乙醚迅速滴加于钙钛矿吸光层150℃退火15min。步骤4：锶盐薄膜层的制备：取500uL摩尔浓度为1.10mm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高光电转化率钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池的结构依次为FTO导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、氯化锶薄膜层、空穴传输层和金电极层；所述电子传输层的材料为二氧化钛或二氧化锡。/n

【技术特征摘要】
1.一种高光电转化率钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池的结构依次为FTO导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、氯化锶薄膜层、空穴传输层和金电极层；所述电子传输层的材料为二氧化钛或二氧化锡。


2.根据权利要求1所述的高光电转化率钙钛矿电池，其特征在于，钙钛矿吸光层材料为FAxMA1-xPbIxBr1-x，其中0≤x≤1。


3.根据权利要求1所述的高光电转化率钙钛矿电池，其特征在于，空穴传输层材料为聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]或2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴。


4.权利要求1所述高光电转化率钙钛矿电池的制备方法，包括以下具体步骤：
步骤1、清洗FTO导电玻璃：依次采用玻璃清洗剂、丙酮、异丙醇、无水乙醇、去离子水超声波分别清洗FTO导电玻璃，烘干后用氮气枪除去FTO导电玻璃表面杂质；
步骤2、制备电子传输层：将电子传输层材料旋涂于FTO导电玻璃上并退火处理；
步骤3、制备钙钛矿吸光层：按照一步溶液法将钙钛矿吸光材料配制成溶液，将钙钛矿吸光材料旋涂于电子传输层上，第一转速1000rpm，时间10s，第二阶段转速4000rpm，时间30s，在第二阶段转速10s后移取乙醚迅速滴加于钙钛矿吸光层并退火处理，钙钛矿吸光材料为FAxMA1-xPbIxBr1-x，其中0≤x≤1；
步骤4、制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹晖，汪舒蓉，刘旭豪，刘洋洋，张明道，孙锦伟，陶涛，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32