一种钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：前驱体溶液的制备；基底的预处理；电子传输层的制备；钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液旋涂在电子传输层上，采用滴加反溶剂或抽真空干燥的方式，形成薄膜后退火冷却备用；修饰层的制备：{[2

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池的制备方法，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池由于具有较高的功率转换效率以及较低的制造成本而备受关注。多数钙钛矿膜层采用甲胺铅碘或采用较多组分的甲胺铅碘(MAPbI3)，但MAPbI3的分解势能较低，在加热、湿度、光照等条件下容易分解，而不利用实际的应用。为解决相关问题，可以采用离子直径较大的甲眯离子(FA
+
)代替甲胺离子(MA
+
)，形成的FAPbI3钙钛矿(α相)的稳定性增强，但在高湿度的情况下α
‑
FAPbI3易于转化为δ
‑
FAPbI3钙钛矿，而δ
‑
FAPbI3钙钛矿是不利于光伏性能的。此外，钙钛矿电池中钙钛矿膜层的表面存在大量缺陷，缺陷会减低光生载流子的利用率，进而降低器件的光电效率和稳定性。因此，如何减少钙钛矿膜层的缺陷态，并提升高湿度下钙钛矿太阳能电池的稳定性，对钙钛矿光伏产业具有重大的意义。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术目的是提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法；
[0004]技术方案：本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0005](1)前驱体溶液的制备；
[0006](2)基底的预处理；
[0007](3)电子传输层的制备；
[0008](4)钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液旋涂在电子传输层上，采用滴加反溶剂或抽真空干燥的方式，形成薄膜后退火冷却备用；
[0009](5)修饰层的制备：{[2
‑
(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid({[2
‑
(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸)或{[3
‑
(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid({[3
‑
(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸)溶解在IPA溶剂中，旋涂在钙钛矿膜层上得到；
[0010](6)空穴传输层的制备；
[0011](7)电极的制备。
[0012]进一步地，所述步骤(3)电子传输层制备采用的材料是SnO2、TiO2、BCP、PCBM材料中的至少一种。
[0013]进一步地，所述步骤(6)的空穴传输层的制备材料为P3HT、Spiro、PTAA、NiO
x
材料中的至少一种。
[0014]进一步地，钙钛矿太阳能电池的转化效率为20.8％。
[0015]进一步地，所述步骤(2)基底的预处理方法：将基底去离子水中超声清洗，再在有机溶剂中超声清洗，吹干后放在紫外臭氧处理器中处理。
[0016]本专利技术选择利用钝化剂对钙钛矿膜层进行后处理的方式，此方案一方面减少了钙钛矿薄膜的缺陷密度，提升电池的性能和稳定性；另一方面，后处理也提升了膜层的疏水
性，因而电池对湿度的容忍性提升，稳定性提升。
[0017]具体地，FAPbI3钙钛矿(α相)的电池的效率较高，稳定性相比MAPbI3增强，但在高湿度的情况下α
‑
FAPbI3易于转化为δ
‑
FAPbI3钙钛矿，而δ
‑
FAPbI3钙钛矿是不利于光伏性能的。此外，钙钛矿电池中钙钛矿电池膜层的表面存在的大量缺陷，会减低光生载流子的利用率，进而降低器件的光电效率和稳定性。本专利技术引入高效的膜层钝化{[2
‑
(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid或{[3
‑
(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid进行膜层的钝化和缺陷态密度的降低。此两种钝化剂具有P＝O键以及CF3基团，P＝O键可以与未配对的铅离子(Pb
2+
)进行相互作用，钝化相应缺陷，提升光电转化效率。同时，由于F的高电负性，该钝化剂是疏水材料，在湿度环境下可以不被浸湿，因为能够提升钙钛矿电池的湿度稳定性。
[0018]有益效果：本专利技术方法进行界面修饰的钙钛矿电池比不处理的效率提升了6.7％，可以降低膜层的缺陷态密度，提升钙钛矿电池的效率和钙钛矿电池的湿度稳定性。
附图说明
[0019]图1为实施例l经由钝化剂处理和未处理的钙钛矿电池P
‑
V曲线；
[0020]图2为实施例l经由钝化剂处理和未处理钙钛矿电池60％RH湿度下稳定性曲线；
[0021]图3为实施例2未经钝化剂处理的钙钛矿膜层的SEM图片；
[0022]图4为实施例2经钝化剂处理的钙钛矿膜层的SEM图片。
具体实施方式
[0023]实施例1
[0024](1)前驱体溶液的制备：
[0025]前驱体溶液有二氧化钛(TiO2)纳米晶溶液，碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液，{[2
‑
(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid溶液，2，2
′
，7，7
′‑
四[N，N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)溶液，双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li
‑
TFSI)溶液。
[0026]将1mL的10％浓度的TiO2的纳米晶溶液与2mL的去离子水混合，震荡搅拌，并使用0.45μm的过滤芯过滤备用。
[0027]PbI2和FAI以1∶1的比例溶解在DMF和DMSO混合溶液，其中包括10％的MACl添加剂，DMF和DMSO的体积比是4∶1，溶液的浓度是40wt％，加热70℃搅拌30min至完全溶解，并使用0.45μm的过滤芯过滤后备用。
[0028]将{[2
‑
(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid溶解在IPA溶剂中，浓度为15mM。
[0029]520mg的Li
‑
TFSI溶解在1mL乙腈中，浓度为520mg/mL。75mg Spiro
‑
oMeTAD溶解在1mL的氯苯溶液中，将17.5μL的Li
‑
TFSI溶液和28.8μL的四叔丁基吡啶加入到1mL的Spko的氯苯溶液中，并使用0.45μm的过滤芯过滤后备用。
[0030](2)基底的预处理：
[0031]ITO玻璃基底首先在提去离子水中超声清洗30分钟，随后在丙酮中超声清洗30分钟，最后在异丙醇(IPA)中超声清洗30分钟，随后用氮气枪吹干，并放在紫外臭氧处理器中...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)前驱体溶液的制备；(2)基底的预处理；(3)电子传输层的制备；(4)钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液旋涂在电子传输层上，采用滴加反溶剂或抽真空干燥的方式，形成薄膜后退火冷却备用；(5)修饰层的制备：{[2
‑
(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸或{[3
‑
(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸溶解在IPA溶剂中，旋涂在钙钛矿膜层上得到；(6)空穴传输层的制备；(7)电极的制备。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛雯婷，陈传露，朱鹏臣，
申请(专利权)人：江苏盛开高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：