植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

一种植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过具有多个官能团的植酸二钾络合二氧化锡胶体溶液，获得电子性能优异的二氧化锡电子传输层，显著降低了二氧化锡电子传输层/钙钛矿层界面缺陷，提高了二氧化锡电子传输层的电子性能；通过植酸二钾中的钾离子促进了钙钛矿晶粒的面内生长，使钙钛矿的平均晶粒尺寸由350nm增大到900nm。故基于植酸二钾络合的二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到21.61％，将基于二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的19.52％提高至10.7％，从而拓展钙钛矿太阳能电池的应用范围，促进柔性、清洁能源的可持续发展。清洁能源的可持续发展。清洁能源的可持续发展。

【技术实现步骤摘要】
植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池的领域，具体涉及一种以植酸二钾络合二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能兼具取之不尽、便于收集、绿色清洁的优势，使其成为最具开发潜力的新能源。太阳能电池将太阳能直接转换为电能，具有绿色环保、安全可靠等优点，是目前国内外研究的热点领域之一。目前，应用最广泛的硅基太阳能电池由于高成本和复杂工艺等原因制约其长期的发展。基于此，低成本、低能耗、原料丰富的新型的第三代太阳能电池得到研究者们的青睐。自2009年，有机
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无机杂化的钙钛矿太阳能电池，在短短几年内，能量转换效率由最初的3.8％提升到25.5％，这主要归功于钙钛矿材料本身具有较高的光吸收率、双极性传输、较长的载流子寿命、可调的带隙等优点。
[0003]有机
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无机杂化的钙钛矿太阳能电池由电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及对电极组成。作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，电子传输层在光电子提取传输以及阻挡空穴方面起关键性的作用。目前，通常选用二氧化锡作为电子传输层，与二氧化钛电子传输层相比，二氧化锡电子传输层具有更宽的光学带隙(3.8eV),较高的电子迁移率，并且具有可低温制备等优点。然而，二氧化锡电子传输层与钙钛矿层界面缺陷以及能级不完全匹配导致电子性能较差，制约了二氧化锡基钙钛矿太阳能电池效率的进一步提升。为了降低二氧化锡电子传输层与钙钛矿层的界面缺陷，提高其电子性能，十分有必要对二氧化锡电子传输层进行修饰。使用络合性强的有机物对二氧化锡电子传输层修饰得到研究者们的广泛研究。其中，刘生忠课题组使用络合能力强的乙二胺四乙酸(EDTA)对二氧化锡进行修饰，获得21.60％的光电转换效率(见文献Dong Yang,Ruixia Yang,Kai Wang,Congcong Wu,Xuejie Zhu,Jiangshan Feng,Xiaodong Ren,Guojia Fang,Shashank Priya,Shengzhong(Frank)Liu,High efficiency planar
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type perovskite solar cells with negligible hysteresis using EDTA
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complexed SnO2,Nat.Comm,2018，9，3239)。然而，以上报道所使用的络合剂有一定的毒性会对环境造成污染，并且对二氧化锡/钙钛矿层界面缺陷的钝化效果有限。因此，迫切需要一种无毒且能有效粘附二氧化锡的络合剂来钝化二氧化锡/钙钛矿层的界面缺陷，获得高质量的二氧化锡电子传输层。

技术实现思路

[0004]为了克服现用技术中的有机络合剂有毒并且对界面缺陷的钝化效果有限的问题，本专利技术提出了一种以植酸二钾络合二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0005]本专利技术提出的一种以植酸二钾络合二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池由基片玻璃、FTO导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和银对电极组成；所述FTO导电衬底制备在基片玻璃的上表面。所述电子传输层制备在该FTO导电衬底的上表面。所述
钙钛矿层制备在该电子传输层的上表面。所述空穴传输层制备在该钙钛矿层的上表面。所述银对电极位于该空穴传输层的上表面。所述的电子传输层为植酸二钾络合二氧化锡制备得到的，所述的银对电极是通过在空穴传输层的上表面蒸镀银形成的。所述电子传输层为植酸二钾络合二氧化锡；所述钙钛矿层为MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿；所述空穴传输层为2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
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甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴。所述电子传输层的厚度为55～60nm、所述钙钛矿层的厚度为500～506nm、所述空穴传输层的厚度为200～205nm、所述银对电极的面积为0.055～0.059cm2。
[0006]本专利技术提出的制备所述钙钛矿太阳能电池的具体过程是：
[0007]步骤1，FTO导电衬底的预处理：
[0008]步骤2，制备植酸二钾络合二氧化锡胶体前驱液：
[0009]将3.7～15mmol的植酸二钾溶解在1ml的去离子水中，形成均匀透明的植酸二钾水溶液。
[0010]另取去离子水添加到市售的二氧化锡胶体水溶液中，并用磁力搅拌器常温搅拌2h，获得二氧化锡胶体稀释水溶液。该去离子水与二氧化锡胶体水溶液的体积比为3:1。
[0011]将所述植酸二钾水溶液与得到的二氧化锡胶体稀释水溶液按照体积比1:1混合，于70℃下搅拌2h制得植酸二钾络合二氧化锡胶体前驱液。
[0012]步骤3，制备植酸二钾络合二氧化锡电子传输层：
[0013]在经过预处理的FTO导电衬底制备植酸二钾络合二氧化锡电子传输层：
[0014]取40μl的植酸二钾络合二氧化锡胶体前驱液滴加到所述经过预处理的FTO导电衬底上表面；对所述FTO导电衬底上表面滴加的植酸二钾络合二氧化锡前驱液进行旋涂；匀胶机的转速为3000～3600r/min，旋涂时长为30s。将所述经过旋涂的FTO导电衬底置于加热台上进行退火处理；退火温度为150～180℃，退火时长为30～60min。常温冷却至室温后臭氧清洗该FTO导电衬底15min。在所述FTO导电衬底上表面形成厚度为55～60nm植酸二钾络合二氧化锡电子传输层。
[0015]步骤4，制备钙钛矿层：
[0016]所述钙钛矿层为MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿层，采用两步旋涂法制备而成。具体是：
[0017]第一步，将碘化铅混合溶液滴在所述植酸二钾络合二氧化锡电子传输层上表面，使用匀胶机对植酸二钾络合二氧化锡电子传输层上表面的碘化铅混合溶液进行旋涂，得到碘化铅薄膜；旋涂时匀胶机转速为5000r/min，旋涂时长为20s。
[0018]第二步，在得到的碘化铅薄膜上表面旋涂所述的MA
x
FA1‑
x
Br
y
I1‑
y
溶液；旋涂时匀胶机转速为4000r/min，旋涂时长为30s，形成MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿薄膜。
[0019]第三步，将所述制备有MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿薄膜的FTO导电衬底置于加热台上100℃退火1h，形成厚度为500～506nm的MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池，所述二氧化锡作为电子传输层的植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法由基片玻璃、FTO导电层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和银对电极组成；所述FTO导电层制备在基片玻璃的上表面；所述电子传输层制备在该FTO导电层的上表面；所述钙钛矿层制备在该电子传输层的上表面；所述空穴传输层制备在该钙钛矿层的上表面；所述银对电极位于该空穴传输层的上表面；所述的电子传输层为植酸二钾络合二氧化锡制备得到的，所述的银对电极是通过在空穴传输层的上表面蒸镀银形成的；其特征在于，所述电子传输层为植酸二钾络合二氧化锡；所述钙钛矿层为MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿；所述空穴传输层为2，2，7，7
′‑
四[N，N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9，9
′‑
螺环二芴。2.如权利要求1所述植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为55～60nm、所述钙钛矿层的厚度为500～506nm、所述空穴传输层的厚度为200～205nm、所述银对电极的面积为0.055～0.059cm2。3.一种制备权利要求1所述植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，具体过程是：步骤1，FTO导电衬底的预处理：步骤2，制备植酸二钾络合二氧化锡胶体前驱液：步骤3，制备植酸二钾络合二氧化锡电子传输层：在经过预处理的FTO导电衬底制备植酸二钾络合二氧化锡电子传输层：取40μl的植酸二钾络合二氧化锡胶体前驱液滴加到所述经过预处理的FTO导电衬底上表面；对所述FTO导电衬底上表面滴加的植酸二钾络合二氧化锡前驱液进行旋涂；常温冷却至室温后臭氧清洗该FTO导电衬底15min；在所述FTO导电衬底上表面形成厚度为55～60nm植酸二钾络合二氧化锡电子传输层；步骤4，制备钙钛矿层：所述钙钛矿层为MAxFA1
‑
xPbBryI3
‑
y钙钛矿层，采用两步旋涂法制备而成；具体是：第一步，将碘化铅混合溶液滴在所述植酸二钾络合二氧化锡电子传输层上表面，使用匀胶机对植酸二钾络合二氧化锡电子传输层上表面的碘化铅混合溶液进行旋涂，得到碘化铅薄膜；第二步，在得到的碘化铅薄膜上表面旋涂所述的MAxFA1
‑
xBryI1
‑
y溶液；形成MAxFA1
‑
xPbBryI3
‑
y钙钛矿薄膜；第三步，将所述制备有MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿薄膜的FTO导电衬底置于加热台上100℃退火1h，形成厚度为500～506nm的MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿层；步骤5，空穴传输层的制备：所述空穴传输层为2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]
‑
9，9
′‑
螺环二芴；将2，2，7，7
′‑
四[N，N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9，9
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螺环二芴氯苯溶液滴到得到的MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿层的上表面；对该MA
x
FA1‑
x
PbBr
y
I3‑
y
钙钛矿层上表面的2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9，9
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螺环二芴氯苯溶液进行旋涂，得到2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9，9
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螺环二芴的薄膜；再将制备有2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9，9
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螺环二芴的薄膜的FTO导电衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏海军，刘聪聪，翟鹏，郭敏，张军，刘林，傅恒志，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：