一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、第一电荷传输层、钙钛矿层、第二电荷传输层和电极层；所述钙钛矿层中包括钙钛矿材料和离子固化剂；所述离子固化剂为阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。本发明专利技术在钙钛矿层中添加了离子固化剂，其过大的分子半径不允许进入钙钛矿晶格，长链分子只能分布在钙钛矿薄膜的晶界位置，并补充空位，钝化晶界处的缺陷位点，防止晶界处离子迁移。离子在固化剂中的扩散速度慢，能被有效阻挡，从而提升期间的效率和稳定性。本发明专利技术还提供一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池的制备方法。制备方法。

【技术实现步骤摘要】
一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿电池
，尤其涉及一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池(PSC，perovskitesolarcell)是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。钙钛矿最初单指钛酸钙(CaTiO3)这种矿物，后来把结构为ABX3以及与之类似的晶体统称为钙钛矿物质。
[0003]钙钛矿电池属于第三代太阳能电池，其结构大致可以分为正置(n
‑
i
‑
p)结构和倒置(p
‑
i
‑
n)结构两大类，电池结构简单。但钙钛矿是一种软离子晶体，钙钛矿薄膜是多晶薄膜，在晶界和表面存在很多缺陷位点，在这些晶界和表面缺陷位点极易发生离子迁移，不利的离子迁移造成器件效率损失和稳定性下降。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术中的钙钛矿太阳能电池能够减缓钙钛矿多晶薄膜内的离子迁移的作用，具有更高的器件效率和稳定性。
[0005]本专利技术提供一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、第一电荷传输层、钙钛矿层、第二电荷传输层和电极层；
[0006]所述钙钛矿层中包括钙钛矿材料层和离子固化剂层；
[0007]所述离子固化剂层包括阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。
[0008]优选的，所述衬底为玻璃衬底或TCO衬底；
[0009]所述第一电荷传输层包括氧化镍；所述第二电荷传输层包括C60；所述电极层包括Cu。
[0010]本专利技术提供如上文所述的减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0011]A)在衬底上沉积第一电荷传输材料，退火得到第一电荷传输层；
[0012]B)将聚苯乙烯与钙钛矿前驱体溶液混合，得到的混合溶液涂布在所述第一电荷传输层表面，干燥后退火得到钙钛矿前驱层；
[0013]C)将所述钙钛矿前驱层浸泡于环己烷溶液中，取出后使用环己烷进行冲洗并氮气吹干；
[0014]D)将离子固化剂溶液涂布至所述步骤C)得到的钙钛矿前驱层表面，退火后得到钙钛矿层；
[0015]E)在所述钙钛矿层表面依次沉积第二电荷传输材料层和电极层，得到减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池。
[0016]优选的，所述步骤A)中退火的温度为200～300℃；所述退火的时间为20～50min。
[0017]优选的，所述步骤B)中混合溶液中聚苯乙烯的浓度为0.01～0.1g/mL。
[0018]优选的，所述步骤C)中浸泡的时间为10～60min。
[0019]优选的，所述离子固化剂溶液包括离子固化剂和溶剂；
[0020]所述溶剂为乙二醇；所述离子固化剂溶液中离子固化剂的浓度为2～8mg/mL。
[0021]优选的，所述步骤D)中退火的温度为100～150℃；所述步骤D)中退火的时间为10～30min。
[0022]优选的，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿材料和溶剂；
[0023]所述钙钛矿材料包括MAPbI3、FAPbI3、FA
0.6
MA
0.4
Pb(I
0.6
Br
0.4
)3、CsPbBr3、MAPbBr3、FAxMA
(1
‑
x)
PbI3、FA
0.95
Cs
0.05
PbI3和(FASnI3)
x
(MAPbI3)
(1
‑
x)
中的至少一种；其中，0≤x≤1；
[0024]所述钙钛矿材料的浓度为0.5～0.7mol/L。
[0025]优选的，所述衬底先依次用超纯水、乙醇和丙酮进行超声清洗，再沉积第一电荷传输材料。
[0026]本专利技术提供一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、第一电荷传输层、钙钛矿层、第二电荷传输层和电极层；所述钙钛矿层中包括钙钛矿材料和离子固化剂；所述离子固化剂为阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。本专利技术在钙钛矿层中添加了离子固化剂，其过大的分子半径不允许进入钙钛矿晶格，长链分子只能分布在钙钛矿薄膜的晶界位置，并补充空位，钝化晶界处的缺陷位点，防止晶界处离子迁移。离子在固化剂中的扩散速度慢，能被有效阻挡，从而提升期间的效率和稳定性。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例中钙钛矿电池的结构示意图，
[0029]1为衬底，2为第一电荷传输层，3为钙钛矿层，4为第二电荷传输层，5为电极层。
具体实施方式
[0030]本专利技术提供了一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、第一电荷传输层、钙钛矿层、第二电荷传输层和电极层；
[0031]所述钙钛矿层中包括钙钛矿材料和离子固化剂；
[0032]所述离子固化剂为阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。
[0033]在本专利技术中，所述衬底优选为玻璃衬底或TCO衬底；所述第一电荷传输层包括氧化镍纳米晶；所述第二电荷传输层包括C 60材料；所述电极层包括Cu。
[0034]在本专利技术中，所述钙钛矿层包括钙钛矿材料和离子固化剂；本专利技术中的离子固化剂其过大的分子半径不允许进入钙钛矿晶格，长链分子只能分布在钙钛矿薄膜的晶界位置，并补充空位，钝化晶界处的缺陷位点，防止晶界处离子迁移。离子在固化剂中的扩散速度慢，能被有效阻挡。
[0035]在本专利技术中，所述钙钛矿材料包括Cs
(1
‑
x)
FA
x
PbI
2.8
Br
(1
‑
x)
，其中，0≤x≤1，如0、
0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1；所述离子固化剂优选为阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。
[0036]优选的，本专利技术中的离子固化剂以离子固化剂层的形式附着在所述钙钛矿层的表面。这样才能够使离子固化剂在不破坏钙钛矿晶体膜结构的前提下实现防止离子迁移的目的。所述钙钛矿材料与离子固化剂的质量比优选为(500～700)：(2～8)，更优选为(500～700)：(3～6)，最优选为(500～700)：(4～5)。
[0037]本专利技术还提供了一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0038]A)在衬底上沉积第一电荷传输材料，退火得到第一电荷传输层；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池，包括依次接触的衬底、第一电荷传输层、钙钛矿层、第二电荷传输层和电极层；所述钙钛矿层中包括钙钛矿材料层和离子固化剂层；所述离子固化剂层包括阴离子聚丙烯酰胺或阳离子聚丙烯酰胺。2.根据权利要求1所述的减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述衬底为玻璃衬底或TCO衬底；所述第一电荷传输层包括氧化镍；所述第二电荷传输层包括C60；所述电极层包括Cu。3.如权利要求1所述的减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：A)在衬底上沉积第一电荷传输材料，退火得到第一电荷传输层；B)将聚苯乙烯与钙钛矿前驱体溶液混合，得到的混合溶液涂布在所述第一电荷传输层表面，干燥后退火得到钙钛矿前驱层；C)将所述钙钛矿前驱层浸泡于环己烷溶液中，取出后使用环己烷进行冲洗并氮气吹干；D)将离子固化剂溶液涂布至所述步骤C)得到的钙钛矿前驱层表面，退火后得到钙钛矿层；E)在所述钙钛矿层表面依次沉积第二电荷传输材料层和电极层，得到减缓离子迁移的钙钛矿太阳能电池。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤A)中退火的温度为200～300℃；所述退火的时间为20～50min。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤B)中混合溶液中聚苯乙烯的浓度为0.01～0.1g/mL。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤C...

【专利技术属性】
技术研发人员：李卫东，刘云，赵志国，赵东明，秦校军，王百月，蔡子贺，赵政晶，虞祥瑞，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：