一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池，依次包括电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和ITO玻璃衬底，钙钛矿层中含有氟化镉。本发明专利技术还公开了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：a、清洗ITO玻璃衬底，吹干后进行紫外臭氧处理；b、将钛酸四丁酯的乙醇溶液旋涂在ITO玻璃衬底上，退火形成c

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池及其制法，具体为一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种清洁的能源，太阳能可以满足日益增长的全球能源需求。在众多光电器件中，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。
[0003]现有技术中，钙钛矿电池商业化的瓶颈主要在于电池稳定性不足，不能满足商业化电池工作的要求。现有技术中，多采用有机小分子进行膜层的钝化(ACS Nano8,9815
–
9821(2014)，Nat.Commun.6,7081(2015).)，但小分子易于挥发，不能长时间地停留在膜层中起钝化效果，因此，其他类型的添加剂需要被开发来提升钙钛矿电池的稳定性。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种稳定性好的钙钛矿太阳能电池，本专利技术的另一目的是提供一种简单方便的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种钙钛矿太阳能电池，依次包括电极、空穴传输层、钙钛矿膜层、电子传输层和ITO玻璃衬底，钙钛矿膜层中含有氟化镉。
[0006]进一步地，电极的厚度为30～300nm，空穴传输层的厚度是100～170nm，钙钛矿膜层的厚度为400～800nm，电子传输层的厚度为330～400nm。
[0007]进一步地，电子传输层包括c
‑
TiO2膜层和mp
‑
TiO2膜层。
[0008]上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0009](a)前驱体溶液的制备：清洗ITO玻璃衬底，吹干后进行紫外臭氧处理，能够清除衬底表面的残留的油污，增强亲水性；
[0010](b)衬底的预处理：将钛酸四丁酯的乙醇溶液旋涂在ITO玻璃衬底上，在350～550℃下退火形成c
‑
TiO2膜层，将二氧化钛胶状物的乙醇溶液旋涂在c
‑
TiO2膜层上，在350～550℃下退火形成mp
‑
TiO2膜层，紫外臭氧处理，制得电子传输层；
[0011](c)钙钛矿膜层的制备：将含有氟化镉的碘化铅溶液旋涂在电子传输层上，在保护气氛下干燥，在其表面再旋涂FAI/MABr/MACl溶液，在120～170℃下退火，制得钙钛矿膜层；
[0012](d)空穴传输层的制备：将2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴溶液旋涂在钙钛矿膜层上，制得空穴传输层；
[0013](e)电极的制备：在空穴传输层表面蒸镀导电金属，作为电极。
[0014]进一步地，步骤(a)中，ITO玻璃衬底依次用去离子水、丙酮、异丙醇(IPA)清洗。
[0015]进一步地，步骤(b)中，钛酸四丁酯的乙醇溶液的浓度为0.25
‑
0.5g/mL，旋涂速率为1500～6000rpm，时间为20～120s，退火时间为10～60min。低于350℃退火，会导致退火不完全，影响传输；高于550℃退火，会造成膜层开裂。旋涂速率低于1500rpm，会使得膜层厚度较大，传导性受阻；旋涂速率高于6000rpm，会使得膜层很薄，不能完全覆盖。
[0016]进一步地，步骤(c)中，氟化镉的碘化铅溶液的浓度为1.0～1.5M，旋涂速率为1000～4000rpm，时间为10～120s，旋涂完有机盐后形成的钙钛矿薄膜退火时间为3～50min，保护气氛为氮气。旋涂速率低于1000rpm，会使得膜层厚度较大，电荷难以导出；旋涂速率高于5000rpm，会形成低质量的膜层。氟化镉的碘化铅溶液的浓度低于0.5M，会使得膜层很薄，不能完全覆盖，产生孔洞，造成自身复合速率的增加；氟化镉的碘化铅溶液的浓度高于1.5M，会难以形成平整的膜层。
[0017]进一步地，步骤(d)中，2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴溶液的浓度为70～80mg/mL。旋涂速率为2000～4000rpm，时间为20～60s。2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴溶液的浓度低于70mg/mL，会形成带有孔洞的不平整的薄膜；2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴溶液的浓度高于80mg/mL，会使得膜层过厚，导电性能下降。旋涂速率低于2000rp或旋涂速率高于4000rpm，形成膜层的厚度都不适合。
[0018]进一步地，步骤(e)中，导电金属为金、银、铜、铝中的任意一种。
[0019]工作原理：钙钛矿电池不稳定性来源是钙钛矿膜层中的缺陷态和低分解能。通过引入高效的钝化基团，对缺陷态进行有效的钝化，从而降低缺陷态的密度，提升电荷的抽取和传输能力，从而提升电池的稳定性和转化效率。引入高效的添加剂氟化镉(CdF2)来降低缺陷态密度，同时增强晶格间的相互作用。CdF2中的具有Cd
2+
和F
‑
，Cd离子半径小于钙钛矿中的Pb离子，可以有效释放晶格的应力，提升缺陷的形成能，降低缺陷密度。同时，高电负性的F离子，可以与有机阳离子形成强氢键以及与Pb离子形成强离子键的效果，从而有效消除离子的空位缺陷，提升了电池的长期稳定性。
[0020]有益效果：本专利技术和现有技术相比，具有如下显著性特点：能够有效提升钙钛矿薄膜的成膜性，有利于提升钙钛矿电池的稳定性，在钙钛矿模组的商业化等方面具有良好的指导意义；添加剂氟化镉可降低缺陷态密度，同时增强晶格间的相互作用，有效消除离子的空位缺陷，提升了电池的长期稳定性；本专利技术工艺简单，易于规模化生产，且添加剂为无机成分，挥发性弱，稳定性强，能够长期存留在钙钛矿膜层内，起到钝化和提升稳定性的效果。
附图说明
[0021]图1是本专利技术的钙钛矿电池结构图；
[0022]图2是本专利技术实施例1与对比例1的钙钛矿电池I
‑
V曲线；
[0023]图3是本专利技术实施例1与对比例1的稳定性曲线。
具体实施方式
[0024]实施例1
[0025](1)前驱体溶液的制备：
[0026]前驱体溶液包括钛酸四丁酯的乙醇溶液，碘化铅(PbI2)与氟化镉(CdF2)混合溶液，甲眯碘/甲胺溴/甲胺氯(FAI/MABr/MACl)溶液，2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：依次包括电极(1)、空穴传输层(2)、钙钛矿膜层(3)、电子传输层(4)和ITO玻璃衬底(5)，所述钙钛矿膜层(3)中含有氟化镉。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电极(1)的厚度为30～300nm，所述空穴传输层(2)的厚度是100～170nm，所述钙钛矿膜层(3)的厚度为400～800nm，所述电子传输层(4)的厚度为330～400nm。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电子传输层(4)包括c
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TiO2膜层和mp
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TiO2膜层。4.根据权利要求1～3任一所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(a)清洗ITO玻璃衬底(5)，吹干后进行紫外臭氧处理；(b)将钛酸四丁酯的乙醇溶液旋涂在ITO玻璃衬底(5)上，在350～550℃下退火形成c
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TiO2膜层，将二氧化钛胶状物的乙醇溶液旋涂在c
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TiO2膜层上，在350～550℃下退火形成mp
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TiO2膜层，紫外臭氧处理，制得电子传输层(4)；(c)将含有氟化镉的碘化铅溶液旋涂在电子传输层(4)上，在保护气氛下干燥，在其表面再旋涂FAI/MABr/MACl溶液，在120～170℃下退火，制得钙钛矿膜层(3)；(d)将2,2',7,7'
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四[N,N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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【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：