钙钛矿薄膜太阳能电池及制备的方法技术

本发明专利技术公开了一种液相法制备ABX

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿薄膜太阳能电池及制备的方法
本专利技术涉及本专利技术涉及太阳电池领域，尤其涉及一种钙钛矿薄膜太阳电池及制备钙钛矿电池吸收层的方法。
技术介绍
钙钛矿薄膜太阳能电池由于具有生产成本低廉、制备工艺简易、电子-空穴对复合率低、吸光性能良好等优点，正成为新一代太阳能电池研究的热点。钙钛矿太阳能电池光吸收层是一种有机-无机杂化钙钛矿型材料，化学式为ABX3(A：一价阳离子；B：IVA族混掺二价金属元素阳离子；X：卤族元素阴离子)，ABX3型钙钛矿太阳能电池材料的禁带宽度通常受IVA族金属元素B、卤族元素X的影响。目前钙钛矿太阳能的电池转换效率达到了23.3％，已经达到了传统薄膜太阳能电池的水平，但其仍与理论效率有一定的差距，而限制其转换效率的一个重要的原因是钙钛矿材料的禁带宽度偏大导致的。在MASnxPb(1-x)X3和MASnxPb(1-x)I(3-y)Cly钙钛矿太阳能电池材料中，随着Sn含量的增加禁带宽度逐渐减小。目前，禁带宽度最窄的太阳能电池是科学家发现的CH3NH3Sn0.5Pb0.5I3钙钛矿电池吸收层，是目前钙钛矿薄膜太阳能电池材料吸收光波长最长的一种材料。现有技术制备CH3NH3Sn0.5Pb0.5I3钙钛矿薄膜太阳能电池的方法通常采用一步旋涂法、两部连续沉积法、双源共蒸法和刮涂法生成钙钛矿晶体，该制备方法具有工艺复杂、生成晶体尺寸小、质量不稳定、反应不可控、制备时间长、原料利用率低、对设备要求复杂、设备价格高、不适合产业化量产制备等缺陷。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术针对现有技术存在的缺陷，提出一种液相法制备ABX3(A：一价阳离子；B：IVA族混掺二价金属元素阳离子；X：卤族元素阴离子)型钙钛矿薄膜太阳能电池的方法，以解决现有技术工艺复杂、生成晶体尺寸小、质量不稳定、制备时间长、原料利用率低、对设备要求复杂、不适合产业化量产制备等问题。通过该方法制备的一种CH3NH3Sn0.5Pb0.5I3钙钛矿电池吸收层晶体，光吸收波长可以达到1083nm，优于现有技术制备的钙钛矿电池吸收层，进一步提升了钙钛矿的光电转换效率。另外用本专利技术制备的一种MASnxPb(1-x)X3和MASnxPb(1-x)I(3-y)Cly钙钛矿电池，简单易行，有很好的产业化应用前景。本专利技术解决该技术问题所采用下述技术方案：本专利技术提供一种钙钛矿薄膜太阳能电池吸收层制备方法，包括：制备含A卤化物：将含A卤代物溶解于溶剂M中，缓慢加入卤化物P后生成含A卤化物粗产物，提纯后得到含A卤化物终产物；制备ABX3第一钙钛矿溶液：将含A卤化物和含B第一金属化合物溶解于溶剂M中，制备ABX3第一钙钛矿溶液；制备ABX3第二钙钛矿溶液：将含A卤化物和含B第二金属化合物溶解于溶剂M中，制备ABX3第二钙钛矿溶液；制备ABX3第一钙钛矿和ABX3第二钙钛矿混合溶液：将ABX3第一钙钛矿溶液与ABX3第二钙钛矿混合溶液按照一定比例混合后，制备ABX3第一钙钛矿和ABX3第二钙钛矿混合溶液；制备含B第一金属-含B第二金属掺杂的钙钛矿晶体：将基底膜层置于上述配置好的ABX3第一钙钛矿和ABX3第二钙钛矿混合溶液中，在基底上析出含B第一金属与含B第二金属掺杂的钙钛矿晶体。可选的，含A卤化物和含B第一金属化合物的摩尔比为1：0～10；配置成浓度为0.05～5.0mol/L的溶液,优选的浓度为2.0mol/L。可选的，含A卤化物和含B第二金属化合物的摩尔比为1：0～10；配置成浓度为0.05～5.0mol/L的溶液，优选的浓度为2.0mol/L。可选的，所述A为CH3NH3+、H2N-CH＝NH2+、(CH3)4N+、C7H7+、Cs+、C3H11SN32+中的一种或多种；优选的，所述A为CH3NH3+离子。可选的，所述卤化物P为氢碘酸(HI)、氯甲胺(MACl,CH3NH3Cl)、氯化铅(PbCl2)、溴化铅(PbBr2)、碘化铅(PbI2)或氯化亚锡(SnCl2)、四氯化锡(SnCl4)、溴化亚锡(SnBr2)、碘化亚锡(SnI2)、氯化锗(GeCl2)、溴化锗(GeBr2)、碘化锗(GeI2)中的一种或多种；优选的，所述P为氢碘酸(HI)。可选的，所述B为IVA族金属元素Pb、Sn、Ge中的一种或多种元素掺杂；可选的，所述B为Sn和Pb掺杂元素；优选的，所述B为Sn：Pb＝1：1的等比例掺杂元素。可选的，所述X为卤族元素Cl、Br、I中的一种或多种；优选的，所述X为I元素。可选的，所述含A卤代物为含有有机或无机离子的有机或无机卤代物中的一种或多种，包括：氯甲胺(CH3NH3Cl)、氯甲脒(H2N-CH＝NH2Cl)、氯化四甲胺((CH3)4NCl)、氯卓鎓(C7H7Cl)、氯代2-异硫脲(C3H11SN3Cl2)、溴甲胺(CH3NH3Br)、溴甲脒(H2N-CH＝NH2Br)、溴化四甲胺((CH3)4NBr)、溴卓鎓(C7H7Br)、溴代2-异硫脲(C3H11SN3Br2)、碘甲胺(CH3NH3I)、碘甲脒(H2N-CH＝NH2I)、碘化四甲胺((CH3)4NI)、碘卓鎓(C7H7I)、碘代2-异硫脲(C3H11SN3I2)及氯化铯(CsCl)、溴化铯(CsBr)或碘化铯(CsI)。可选的，所述含B金属化合物为以下化合物中的一种或多种，包括：氯化铅(PbCl2)、溴化铅(PbBr2)、碘化铅(PbI2)或醋酸铅(Pb(CH3COO)2·xH2O)；氯化亚锡(SnCl2)、四氯化锡(SnCl4)、溴化亚锡(SnBr2)、碘化亚锡(SnI2)；氯化锗(GeCl2)、溴化锗(GeBr2)、碘化锗(GeI2)。可选的，所述溶剂M为对ABX3有较大溶解度的单一溶剂或混合溶剂，包括：γ-丁内酯(GBA)、氢碘酸(HI)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)；可选的，所述抗溶剂N为对ABX3不溶或微溶、能与溶剂M互溶、具有挥发性的单一溶剂或混合溶剂，包括：乙醇、乙醚、二氯甲烷、氯苯、甲苯、苯甲醚。进一步地，所述CH3NH3SnxPb(1-x)X3钙钛矿，包括：CH3NH3PbI3、CH3NH3Sn0.1Pb0.9I3、CH3NH3Sn0.15Pb0.85I3、CH3NH3Sn0.25Pb0.75I3、CH3NH3Sn0.3Pb0.7I3、CH3NH3Sn0.5Pb0.5I3、CH3NH3Sn0.7Pb0.3I3、CH3NH3Sn0.75Pb0.25I3、CH3NH3Sn0.85Pb0.15I3、CH3NH3Sn0.9Pb0.1I3、CH3NH3SnI3的一种或多种，其中0≤x≤1.0。进一步地，所述CH3NH3SnxPb(1-x)I(3-y)Cly钙钛矿，包括：CH3NH3PbI(3-y)Cly、CH3NH3Sn0.1Pb0.9I(3-y)Cly、CH3NH3Sn0.15Pb0.85I(3-y)Cly、CH3NH3Sn0.25Pb0.75I(3-y)Cly、CH3NH3Sn0.3Pb0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述方法包括：/n液相法，/n用于制备ABX

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述方法包括：
液相法，
用于制备ABX3(A：一价阳离子；B：IVA族混掺二价金属元素阳离子；X：卤族元素阴离子)型钙钛矿薄膜太阳能电池。


2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将含A卤代物溶解于溶剂M中，缓慢加入卤化物P后生成含A卤化物粗产物，提纯后得到含A卤化物终产物；
将含A卤化物和含B第一金属化合物溶解于溶剂M中，在抗溶剂N条件下，制备ABX3第一钙钛矿溶液；
将含A卤化物和含B第二金属化合物溶解于溶剂M中，在抗溶剂N条件下，制备ABX3第二钙钛矿溶液；
将ABX3第一钙钛矿溶液与ABX3第二钙钛矿溶液混合按照一定比例混合后，制备ABX3第一钙钛矿和ABX3第二钙钛矿混合溶液；
将基底膜层置于上述配置好的ABX3第一钙钛矿和ABX3第二钙钛矿混合溶液中，在抗溶剂N条件和黑暗稳定环境下，在基底上析出含B第一金属与含B第二金属掺杂的钙钛矿晶体，获得钙钛矿吸收层。


3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述A为CH3NH3+、H2N-CH＝NH2+、(CH3)4N+、C7H7+、Cs+、C3H11SN32+中的一种或多种。


4.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，P为氢碘酸(HI)、氯甲胺(MACl,CH3NH3Cl)、氯化铅(PbCl2)、溴化铅(PbBr2)、碘化铅(PbI2)或氯化亚锡(SnCl2)、四氯化锡(SnCl4)、溴化亚锡(SnBr2)、碘化亚锡(SnI2)、氯化锗(GeCl2)、溴化锗(GeBr2)、碘化锗(GeI2)中的一种或多种；优选的，所述P为氢碘酸(HI)。


5.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述B为IVA族金属元素Pb、Sn、Ge中的一种或多种元素掺杂；所述X为卤族元素Cl、Br、I中的一种或多种。


6.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，含A卤代物为含有有机或无机离子的有机或无机卤代物中的一种或多种，包括：氯甲胺(CH3NH3Cl)、氯甲脒(H2N-CH＝NH2Cl)、氯化四甲胺((CH3)4NCl)、氯卓鎓(C7H7Cl)、氯代2-异硫脲(C3H11SN3Cl2)、溴甲胺(CH3NH3Br)、溴甲脒(H2N-CH＝NH2Br)、溴化四甲胺((CH3)4NBr)、溴卓鎓(C7H7Br)、溴代2-异硫脲(C3H11SN3Br2)、碘甲胺(CH3NH3I)、碘甲脒(H2N-CH＝NH2I)、碘化四甲胺((CH3)4NI)、碘卓鎓(C7H7I)、碘代2-异硫脲(C3H11SN3I2)及氯化铯(CsCl)、溴化铯(CsBr)或碘化铯(CsI)。


7.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述含B金属化合物为以下化合物中的一种或多种，包括：氯化铅(PbCl2)、溴化铅(PbBr2)、碘化铅(PbI2)或醋酸铅(Pb(CH3COO)2·xH2O)；氯化亚锡(SnCl2)、四氯化锡(SnCl4)、溴化亚锡(SnBr2)、碘化亚锡(SnI2)；氯化锗(GeCl2)、溴化锗(GeBr2)、碘化锗(GeI2)。


8.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述溶剂M为对ABX3有较大溶解度的单一溶剂或混合溶剂，包括：γ-丁内酯(GBA)、氢碘酸(HI)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。


9.根据权利要求2和8所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，其特征在于，所述抗溶剂N为对ABX3不溶或微溶、能与溶剂M互溶、具有挥发性的单一溶剂或混合溶剂，所述抗溶剂N包括：乙醇、乙醚、二氯甲烷、氯苯、甲苯、苯甲醚。


10.根据权利要求2所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法，制备的钙钛矿薄膜太阳能电池膜层结构，自下而上包括：前电极、电子传输层、平面型钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极；
或自下而上包括：前电极、空穴传输层、平面型钙钛矿吸收层、电子传输层和背电极；
或自下而上包括：前电极、电子传输层、介孔型钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极；
或自下而上包括：前电极、空穴传输层、介孔型钙钛矿吸收层、电子传输层和背电极。


11.根据权利要求1，2，3和10所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜太阳能电池吸收层，包括：CH3NH3SnxPb(1-x)X3和CH3NH3SnxPb(1-x)I(3-y)Cly钙钛矿的一种或多种，厚度为10nm-1000nm。


12.根据权利要求11所述的一种钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于所述CH3NH3SnxPb(1-x)X3钙钛矿吸收层，包括：CH3NH3PbI3、CH3NH3Sn0.1Pb0.9I3、CH3NH3Sn0.15Pb0.85I3、CH3NH3Sn0.25Pb0.75I3、CH3NH3Sn0.3Pb0.7I3、CH3NH3Sn0.5Pb0.5I3、CH3NH3Sn0.7Pb0.3I3、CH3NH3Sn0.75Pb0.25I3、CH3NH3Sn0.85Pb0.15I3、CH3NH3Sn0.9Pb0.1I3、CH3NH3SnI3的一种或多种，其中0≤x≤1.0。
或所述CH3NH3SnxPb(1-x)I(3-y)Cly钙钛矿吸收层，包括：CH3NH3PbI(3-y)Cly、CH3NH3Sn0.1Pb0.9I(3-y)Cly、CH3NH3Sn0.1...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢明辉，唐泽国，
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