一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池及其制备方法，太阳能电池包括叠层设置的透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿异质结层、空穴传输层和电极层；钙钛矿异质结层为双层或多层钙钛矿层结构，且相邻的钙钛矿层之间能形成异质结；钙钛矿层材料的结构通式为ABX

【技术实现步骤摘要】
一种铅锡基钙钛矿异质结的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
，尤其涉及一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]能源问题成为当今世界一大热点问题。以煤炭、石油和天然气等为代表的化石能源在地球上储备的数量是有限的，且在燃烧时会释放污染环境的气体。太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源，因此将太阳能转换成电能的太阳能电池一直是人们研究的热点。
[0003]钙钛矿材料具有优异的光电性能，高的光吸收系数，高的载流子迁移率，较长的载流子寿命和扩散长度。以钙钛矿材料为作为吸光层的钙钛矿太阳能电池具有成本低，制备工艺简单、效率高等优点，因此近年来受到人们越来越多的关注。以钙钛矿异质结的结构替代单种钙钛矿材料实现钙钛矿太阳能电池中的吸光层，有利于改善电池的光电特性。
[0004]现有技术CN 108269921 A公开了一种钙钛矿平面异质结太阳能电池及其制备方法，该技术采用气相法制备三维
‑
二维异质结钙钛矿层作为吸光层，具体公开了将FTO/电子传输层衬底置于金属热蒸发镀膜机中，蒸镀得到PbI2膜层，再将所得PbI2倒置分别放在盛有MAI粉末和BAI粉末的条形瓷方舟上，放入真空烘箱，进行热处理，冷却后再用异丙醇清洗并加热去除残余的异丙醇后，得到三维
‑
二维异质结钙钛矿层。
[0005]然而，该现有技术的制备过程中采用的是铅基钙钛矿，电池中整体铅含量高，对环境污染程度大。且其第一步需要单独采用蒸镀法制备PbI2膜层，工艺复杂，设备成本高，同时其表面生成的二维钙钛矿会降低钙钛矿太阳能电池的效率。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中的不足，本专利技术提供一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池材料及其制备方法，本专利技术采用溶液
‑
气相混合法或全气相法制备了铅锡钙钛矿异质结作为钙钛矿太阳能电池结构中的吸光层，提高电池内部载流子的传输性能，减少钙钛矿组分中铅对环境的污染，可适用于大面积电池的制备。
[0007]本专利技术的一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池材料及其制备方法是通过以下技术方案实现的：
[0008]本专利技术的第一个目的是提供一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池，包括透明导电衬底，以及所述透明导电衬底上依次叠层设置的电子传输层、钙钛矿异质结层、空穴传输层和电极层；
[0009]所述钙钛矿异质结层为双层或多层钙钛矿层结构，且相邻的钙钛矿层之间能形成异质结；
[0010]所述钙钛矿层材料的结构通式为ABX
m
Y3‑
m
，
[0011]其中，A为阳离子且A选自MA、FA、Rb和Cs中的一种或多种；
[0012]B为阳离子且B选自Pb和Sn中的一种或多种；
[0013]X、Y均为阴离子，且均选自Cl、Br和I中的一种或多种。
[0014]进一步地，所述钙钛矿异质结层的制备包括以下步骤：
[0015]S1，分别制备含有A和X的第一前驱体溶液和含有B和Y的第二前驱体溶液，随后将第二前驱体溶液均匀涂覆于所述电子传输层上，使其形成薄膜层，然后将第一前驱体溶液均匀涂覆于该薄膜层上，得到第一钙钛矿层；
[0016]或将含有A和X的第一原料和含有B和Y的第二原料均匀分散于有机溶剂中，制得第三前驱体溶液，然后将第三前驱体溶液均匀涂覆于该薄膜层上，得到第一钙钛矿层；
[0017]S2，将含有B和Y的粉末研磨充分，得到前驱体粉末I备用；并且将含有A和X的粉末研磨充分，得到前驱体粉末II备用；其中，B为Pb和Sn的混合物；
[0018]S3，采用双源热蒸发法，将第一钙钛矿层置于管式炉的40～50℃的低温区，将前驱体粉末I和前驱体粉末II置于管式炉的高温区，随后将管式炉的真空度抽至0.1Pa，将前驱体粉末II以20～40℃/min的速率升温至110～130℃，然后将前驱体粉末I以20～40℃/min的速率升温至290～310℃，随后用氩气吹扫管式炉腔，将高温区的加热处理后的前驱体粉末I和前驱体粉末II吹扫至低温区的第一钙钛矿层上，然后将第一钙钛矿层升温至60～80℃，退火40～60min，使其在第一钙钛矿层形成第二钙钛矿层，得到形成异质结的且具有双层钙钛矿层结构的钙钛矿异质结层；
[0019]或在S3的基础上继续进行S4，按照S2的步骤，重新制备一种前驱体粉末I和一种前驱体粉末II并将其置于管式炉的高温区，并将前一步骤得到的对应的钙钛矿层置于管式炉的低温区，采用双源热蒸发法，根据实际需求，重复S3的操作，使其在第二钙钛矿层上逐步形成多层钙钛矿层，得到形成异质结的且具有多层钙钛矿层结构的钙钛矿异质结层。
[0020]进一步地，所述第一钙钛矿层为铅基钙钛矿层，设置于所述第一钙钛矿层上的第二钙钛矿层及其他钙钛矿层均为铅锡基钙钛矿层。
[0021]进一步地，所述氩气吹扫的速率为60～80mL/min，吹扫时间为20～40min。
[0022]进一步地，S1中，所述第一前驱体溶液和所述第二前驱体溶液的体积为2～3:1；
[0023]S1中，所述第一原料和所述第二原料的摩尔比为1:1；
[0024]S3中，所述前驱体粉末I与所述前驱体粉末II的质量比为4～6:1。
[0025]进一步地，所述涂覆方式为旋涂法、刮涂法、丝网印刷、溶胶
‑
凝胶法、气相法中的任意一种。
[0026]进一步地，所述空穴传输层选自2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
OMeTAD)、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、聚(3
‑
己基噻吩
‑
2,5
‑
二基)(P3HT)、聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、NiO
x
(氧化镍)、CuO、Cu2O、CuI、CuSCN和CuS中的任意一种。
[0027]进一步地，所述电子传输层为SnO2、TiO2、ZnO、PCBM和C
60
中的任意一种。
[0028]进一步地，所述透明导电衬底为ITO、FTO和AZO中的任意一种。
[0029]进一步地，所述电极层的材料选自Ag、Au、Cu、Ca和C中的任意一种。
[0030]本专利技术的第二个目的是提供一种上述太阳能电池的制备方法，
[0031]步骤1，对透明导电衬底进行预处理：
[0032]采用工业清洁剂Decon
‑
90水溶液剂、去离子水、丙酮、异丙醇溶液在50℃下对方块
电阻为10欧姆的透明导电衬底逐步进行20min的超声清洗；将所清洗过的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池，其特征在于，包括透明导电衬底(1)，以及所述透明导电衬底(1)上依次叠层设置的电子传输层(2)、钙钛矿异质结层(3)、空穴传输层(4)和电极层(5)；所述钙钛矿异质结层(3)为双层或多层钙钛矿层结构，且相邻的钙钛矿层之间能形成异质结；所述钙钛矿层材料的结构通式为ABX
m
Y3‑
m
，其中，A为阳离子且A选自MA、FA、Rb和Cs中的一种或多种；B为阳离子且B选自Pb和Sn中的一种或多种；X、Y均为阴离子，且均选自Cl、Br和I中的一种或多种。2.如权利要求1所述的一种铅锡基钙钛矿异质结的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿异质结层(3)的制备包括以下步骤：S1，分别制备含有A和X的第一前驱体溶液和含有B和Y的第二前驱体溶液，随后将第二前驱体溶液均匀涂覆于所述电子传输层(2)上，使其形成薄膜层，然后将第一前驱体溶液均匀涂覆于所述薄膜层上，于90～110℃下退火5～15min后，获得第一钙钛矿层；或将含有A和X的第一原料和含有B和Y的第二原料均匀分散于有机溶剂中，制得第三前驱体溶液，然后将第三前驱体溶液均匀涂覆于所述电子传输层(2)上，于90～110℃下退火5～15min后，获得第一钙钛矿层；S2，将含有B和Y的原料粉末分别研磨充分，得到前驱体粉末I备用；并且将含有A和X的原料粉末研磨充分，得到前驱体粉末II备用；其中，B为Pb和Sn的混合物；S3，采用双源热蒸发法，将第一钙钛矿层置于管式炉的40～50℃的低温区，将前驱体粉末I和前驱体粉末II置于管式炉的高温区，随后将管式炉的真空度抽至0.1Pa，将前驱体粉末II以20～40℃/min的速率升温至110～130℃，然后将前驱体粉末I以20～40℃/min的速率升温至290～310℃，随后用氩气吹扫管式炉腔，将高温区的加热处理后的前驱体粉末I和前驱体粉末II吹扫至低温区的第一钙钛矿层上，然后将第一钙钛矿层升温至60～80℃，退火40～60min，使其在第一钙钛矿层形成第二钙钛矿层，获得形成异质结的且具有双层钙钛矿层结构的钙钛矿异质结层(3)；或在S3的基础上继续进行S4，按照S2的步骤，重新制备一种前驱体粉末I和一种前驱体粉末II并将其置于管式炉的高温区，并将前一步骤得到的对应的钙钛矿层置于管式炉的低温区，采用双源热蒸发法，根据实际需求，重复S3的操作，使其在第二钙钛矿层上逐步形成多层钙钛矿层，得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：林珍华，常晶晶，王庆瑞，苏杰，郝跃，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：