一种全透明钙钛矿薄膜、器件、制备方法以及应用技术

本发明专利技术公开一种全透明钙钛矿薄膜、器件、制备方法以及应用，属于钙钛矿太阳能电池领域，其由甲脒基钙钛矿中甲脒阳离子与胺分子之间发生不可逆作用获得，其在可见光范围内具有完全的透明度，平均可见透过率AVT不小于77.07％，显色指数CRI不小于95.81。制备时，在甲脒基钙钛矿薄膜表面上采用胺类气体/溶液处理，外部胺类分子与晶格中较大尺寸的甲脒阳离子之间发生不可逆作用，黑相钙钛矿光吸收层迅速转化成全透明相，处理方式包括滴涂、旋涂和表面熏蒸。本发明专利技术还提供了全透明钙钛矿薄膜的光电器件以及其应用，其用于智能窗、建筑幕墙和电子显示屏领域中。本发明专利技术解决了现有技术中无稳定透明的钙钛矿吸光层的问题。无稳定透明的钙钛矿吸光层的问题。无稳定透明的钙钛矿吸光层的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种全透明钙钛矿薄膜、器件、制备方法以及应用


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种全透明钙钛矿薄膜、器件、制备方法以及应用。

技术介绍

[0002]有机
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无机杂化钙钛矿薄膜具有较高的消光系数、较大的电荷传输距离以及禁带宽度连续可调等优异性能，其在光电转换方面有极大的应用潜力，受到学术界及工业界广泛的研究重视。仅经过数年的发展，钙钛矿太阳能电池(PSCs)的光电转化效率就从3.8％迅速提高到了25.2％。钙钛矿太阳能电池由透明导电基底、电荷传输层、钙钛矿吸光层和金属电极构成。传统的有机
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无机杂化钙钛矿太阳能电池的吸光层为CH3NH3PbI3、CH(NH2)2PbI3及基于它们的多元混合钙钛矿材料。然而，这些钙钛矿光吸收层以黑相为主，不具备透光性，这极大地限制了钙钛矿太阳能电池的应用场景。
[0003]公开号为CN107327056A的中国专利申请公开了一种金属卤化物钙钛矿太阳能电池及相应的幕墙版，然而其不具备较高的透光性，未考虑玻璃幕墙的应用需满足室内采光需求。公开号为CN108625517A的中国专利申请公开了一种基于透明钙钛矿光伏组件的新型节能发电玻璃幕墙。该专利技术所提供的钙钛矿光伏组件的可见光透过率为50％，其实现透明的关键在于钙钛矿吸光层为CsPbBr/MAPbBr。然而，这并非是真正实现全透明，换言之，该光伏组件主要利用CsPbBr/MAPbBr钙钛矿吸光层颜色较浅来实现了该光伏器件光透过率的提高。事实上，并未实现真正意义上的全透明，无法满足实际生活中一些应用场景对光的透过率更高的要求，如智能窗、建筑幕墙、电子显示屏等领域。
[0004]因此，需要开发一种新型的、真正的全透明钙钛矿光电薄膜及器件。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种全透明钙钛矿薄膜、器件、制备方法以及应用，采用胺分子对对FA(甲脒)基钙钛矿光吸收层进行处理，黑相钙钛矿光吸收层能迅速转化成稳定的全透明相，旨在解决现有技术中无稳定透明的钙钛矿吸光层的问题。
[0006]为实现上述目的，按照本专利技术的第一个方面，提供一种全透明钙钛矿薄膜，其由甲脒基钙钛矿中甲脒阳离子与胺分子之间发生不可逆反应获得，其在可见光范围内具有完全的透明度，平均可见透过率AVT不小于77.07％，显色指数CRI不小于95.81。
[0007]按照本专利技术的第二个方面，还提供制备如上所述的一种全透明钙钛矿薄膜的方法，在制备好的甲脒基钙钛矿薄膜表面上采用胺类气体/溶液处理，外部胺类分子中的氮原子的孤对电子与晶格中较大尺寸的甲脒阳离子中带正电荷的N发生相互作用，随后质子交换，从而黑相钙钛矿光吸收层迅速转化成全透明相，处理方式包括滴涂、旋涂和表面熏蒸。
[0008]进一步的，胺类气体/溶液选自氨气、胺水、甲胺醇溶液、甲胺水溶液、乙胺醇溶液、乙胺水溶液、丙胺醇溶液和丙胺水溶液中的一种或几种混合。
[0009]进一步的，甲脒基钙钛矿薄膜组分中钙钛矿的化学通式为ABX3，其中，X代表卤素元素离子，X选自I、Br、Cl中一种或者多种，X的取值范围为0﹤X﹤1，B为Pb离子，A为甲脒离子和胺类分子的一种或者多种。
[0010]按照本专利技术的第三个方面，提供包含如上所述的全透明钙钛矿薄膜的光电器件，其包括全透明钙钛矿太阳能电池。
[0011]按照本专利技术的第四个方面，还提供制备如上所述的全透明钙钛矿太阳能电池的方法，其包括如下步骤：
[0012]S1：在经过清洗且经UV处理过的透明导电基底上制备电子传输层；
[0013]S2：在无氧无水环境中，将钙钛矿光吸收层前驱体旋涂于电子传输层表面，执行退火，自然冷却至室温，在钙钛矿薄膜上采用胺类气体/溶液处理，胺类分子与晶格中较大尺寸的甲脒阳离子之间发生不可逆的相互作用，随后质子交换反应，黑相钙钛矿光吸收层迅速转化成全透明相；
[0014]S3：在全透明钙钛矿光吸收层表面制备空穴传输层；
[0015]S4：在空穴传输层表面沉积金属电极。
[0016]进一步的，步骤S2中，处理方式为表面滴涂、旋涂或/和表面熏蒸。
[0017]进一步的，步骤S2中，胺类气体/溶液选自氨气、胺水、甲胺醇溶液、甲胺水溶液、乙胺醇溶液、乙胺水溶液、丙胺醇溶液和丙胺水溶液中的一种或几种混合。
[0018]进一步的，透明导电基底为覆盖ITO、ATO、IZO或FTO薄膜的玻璃或高分子聚合物片，电子传输层为TiO2、SnO2或ZnO中的一种或多种形成的复合物，空穴传输层采用的材料为spiro
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OMeTAD、P3HT、PEDOT、PTA、LaNiO、NiO、CuSCN中的一种或者多种。
[0019]在工程实践中，全透明钙钛矿太阳能电池结构包括依次层叠的导电基底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极层。钙钛矿组分为FA基钙钛矿组分，包括纯相FAPbI3和混合多元钙钛矿FA1‑
x
MA
x
PbX3。将钙钛矿光吸收层前驱体旋涂于所述电子传输层表面时，旋涂速度为2000rpm～5000rpm，旋涂时间为10s～45s，其中，在旋涂至第12s～20s时滴加100μL～200μL的反溶剂乙醚或氯苯中的一种或多种。退火温度为100℃～180℃、退火时间为10min～30min。沉积金属电极的厚度为60nm～80nm。
[0020]按照本专利技术的第五个方面，如上所述的光电器件的应用，其用于智能窗、建筑幕墙和电子显示屏领域中。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0022]本专利技术提供一种全透明钙钛矿光电薄膜，其通过采用胺分子对FA基钙钛矿光吸收层进行处理，胺类分子中的氮原子的孤对电子与晶格中较大尺寸的甲脒阳离子中带正电荷的N发生相互作用，随后质子交换，取代部分FA
+
阳离子从而转变成稳定的、透明相钙钛矿吸光层。在此基础上，可以制备全透明钙钛矿薄膜的光电器件，尤其可以制备获得一种新的稳定的全透明钙钛矿太阳能电池。本专利技术所制备的钙钛矿太阳能电池在可见光范围内具有完全的透明度，平均可见透过率(AVT)为77.07％，显色指数(CRI)为95.81。同时，所制备的全透明钙钛矿太阳能电池具有良好的光伏性能。本专利技术提供的一种全透明钙钛矿太阳能电池制备方法，其制备工艺简单、成本较低、可重复性高，同时还具备优异的稳定性。
附图说明
[0023]图1为本实施案例所制备的全透明钙钛矿太阳能电池的可见光透过率图谱。
[0024]图2为本实施案例所制备的全透明钙钛矿太阳能电池的光电转化效率图谱。
[0025]图3为甲胺分子与甲脒阳离子发生相互作用的原理示意图。
具体实施方式
[0026]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全透明钙钛矿薄膜，其特征在于，其由甲脒基钙钛矿中甲脒阳离子与胺分子之间发生不可逆反应获得，其在可见光范围内具有完全的透明度，平均可见透过率AVT不小于77.07％，显色指数CRI不小于95.81。2.制备如权利要求1所述的一种全透明钙钛矿薄膜的方法，其特征在于，在制备好的甲脒基钙钛矿薄膜表面上采用胺类气体/溶液处理，外部胺类分子与晶格中较大尺寸的甲脒阳离子之间发生不可逆作用，黑相钙钛矿光吸收层迅速转化成全透明相，处理方式包括滴涂、旋涂和表面熏蒸。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，胺类气体/溶液选自氨气、胺水、甲胺醇溶液、甲胺水溶液、乙胺醇溶液、乙胺水溶液、丙胺醇溶液和丙胺水溶液中的一种或几种混合。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，甲脒基钙钛矿薄膜组分中钙钛矿的化学通式为ABX3，其中，X代表卤素元素离子，X选自I、Br、Cl中一种或者多种，X的取值范围为0﹤X﹤1，B为Pb离子，A为甲脒离子和胺类分子的一种或者多种。5.包含如权利要求1所述的全透明钙钛矿薄膜的光电器件，其包括全透明钙钛矿太阳能电池。6.制备如权利要求5所述的全透明钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，其包括如下步骤：S1：在经过清洗且经UV处理过的透明导电基底上制备电子传输层；S2：在无氧...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴聪聪，梁子辉，李静，李矜，刘钰雪，金博文，朱咏琪，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：