一种在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效太阳能电池的方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法及应用，属于光电子材料与器件领域。该发明专利技术中全无机CsPbI3薄膜的制备采用热旋涂技术将以醋酸甲胺作为溶剂的前驱体溶液旋涂在已经有电子传输层的FTO导电基板上，经过梯度退火，制备致密均匀的钙钛矿薄膜，整个过程在相对湿度为40％

【技术实现步骤摘要】
一种在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效太阳能电池的方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种基于醋酸甲胺离子液体作为前驱体溶剂通过调控前驱体溶液中碘化铅的比例在相对湿度为40％
‑
80％的空气中制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法，尤其是一种可在相对湿度为40％
‑
80％的高湿度空气中制备致密均匀的高质量钙钛矿薄膜及其太阳能电池器件的简单方法，属于光电子材料与


技术介绍

[0002]随着社会的不断发展，传统化石能源引起的环境问题越来越受到人们的关注，清洁能源的开发迫在眉睫。伴随着人类对清洁能源的需求不断提升,太阳能发电越来越受到人们的重视。目前市场上主流的太阳能发电器件,主要是硅基太阳能电池，但是昂贵的原材料成为其发展瓶颈，极大地限制了硅基太阳能电池的工业化生产。
[0003]钙钛矿太阳能电池具有制造简单、低成本的特点，而且自2009年至今，其光电转化效率从3.8％迅速提升到了25.5％。然而钙钛矿太阳能电池热稳定性差，限制了其商业应用。为了提高钙钛矿电池的热稳定性，科研人员提出了将钙钛矿组分中的有机部分用无机部分取代制备全无机钙钛矿的方法，从而改善了钙钛矿电池的热、湿度和空气稳定性。
[0004]目前全无机钙钛矿太阳能电池的研究主要集中在优化薄膜和器件结构方面，而对于钙钛矿前驱体组分相互作用的研究相对较少。而且目前使用的溶剂N,N
‑
二甲基酰胺(DMF)、N,N
‑
二甲基亚砜(DMSO)属于有毒溶剂,极大地限制其商业应用。本专利技术主要利用绿色溶剂醋酸甲胺离子液体溶剂作为前驱体溶剂通过调控前驱体组分比例，借助简单的一步法通过醋酸甲胺与过量碘化铅的协同作用在相对湿度为40％
‑
80％的空气中制备全无机钙钛矿CsPbI3太阳能电池，最终获得高效的太阳能电池器件。

技术实现思路

[0005]本专利技术解决的技术问题是针对全无机钙钛矿太阳能电池湿和空气稳定性，对空气中水分的敏感提出的一种基于醋酸甲胺离子液体作为CsPbI3钙钛矿前驱体溶液溶剂，通过调控组分碘化铅比例在空气中制备高效稳定CsPbI3钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的技术方案是：一种通过调控前驱体溶液中碘化铅的比例在相对湿度为40％
‑
80％空气中制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤:
[0007](1)将碘化铯，二甲胺氢碘酸盐及碘化铅按摩尔比1:1:X(1<X<3)溶于醋酸甲胺溶剂中配制成全无机钙钛矿前驱液，在100℃以上温度下加热搅拌溶解0.5
‑
3小时；
[0008](2)将电子传输材料旋涂在透明导电FTO玻璃上；
[0009](3)将配制好的钙钛矿前驱体溶液旋涂在有电子传输层的FTO导电基板上，经过梯度退火，得到平整致密的钙钛矿薄膜；
[0010](4)在钙钛矿层旋涂三甲基苯基氯化按溶液界面修饰层
[0011](5)在钙钛矿层上旋涂空穴传输层；
[0012](6)在空穴传输层上真空蒸镀界面修饰层和金属电极。
[0013]优选的，所述的步骤(1)中钙钛矿前驱体溶液的浓度为100
‑
400mg/mL。
[0014]优选的，所述的步骤(2)中透明导电FTO电极上沉积的电子传输层为SnO2，具体步骤为:旋涂SnO2后，在150℃下退火30分钟。
[0015]优选的，所述的步骤(3)利用加热旋涂法，具体步骤如下：
[0016](1)基板温度为50
‑
100℃；
[0017](2)旋涂条件为1500转旋涂10秒；2500转旋涂10秒；4000转旋涂10秒；
[0018]优选的，所述的步骤(3)中梯度退火具体步骤为100
‑
160℃2
‑
10分钟,200
‑
300℃2
‑
10分钟。
[0019]优选的，所述的步骤(4)中界面修饰层为三甲基苯基氯化铵。具体步骤如下：
[0020](1)将1mg的三甲基苯基氯化铵溶解在1mL的异丙醇溶液中；
[0021](2)将配好的三甲基苯基氯化按溶剂于常温下，转速为300rpm下搅拌5小时；
[0022](3)将40uL的三甲基苯基氯化铵溶液旋涂在钙钛矿上旋涂条件为3000转30s。
[0023]优选的，所述的步骤(5)中空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD。具体步骤如下：
[0024](1)将85.8mg的Spiro
‑
OMeTAD溶解在1mL的氯苯中；
[0025](2)将520mg的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂盐溶解在1mL的乙腈溶液中；
[0026](3)将TBP溶液添加39.0μL到Spiro
‑
OMeTAD溶液中；
[0027](4)将锂盐溶液添加23.0μL到Spiro
‑
OMeTAD溶液中；
[0028](6)将FK
‑
209添加12μL到Spiro
‑
OMeTAD溶液中；
[0029](7)将混合溶液常温搅拌2小时；
[0030](8)旋涂条件为3000转30秒；
[0031]优选的，所述的步骤(6)中界面修饰层为MoO3，金属电极为Ag。具体步骤为:
[0032](1)MoO3蒸镀在空穴传输层上，厚度为5nm；
[0033](2)金属Ag电极厚度为100nm；
[0034]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的另一技术方案是：一种通过调控前驱体溶液中碘化铅的比例在相对湿度为40％
‑
80％空气中制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效钙钛矿太阳能电池的制备方法制备的钙钛矿太阳能电池。
[0035]为了解决上述技术问题，本专利技术提出的另一技术方案是：所述的一种通过调控前驱体溶液中碘化铅的比例在相对湿度为40％
‑
80％空气中制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效钙钛矿太阳能电池，制备的钙钛矿太阳能电池在光电领域中的应用。
[0036]本专利技术的有益效果：
[0037](1)之前报道的全无机CsPbI3钙钛矿薄膜的制备都是在惰性气体环境中或者通过控制空气的相对湿度在空气相对湿度小于<30％的空气中制备，然而本专利技术制备的CsPbI3钙钛矿薄膜不需要控制较低的空气相对湿度，大大降低了其制备苛刻的环境要求，能直接在高湿度(空气相对湿度为40％
‑
80％)的条件下选用醋酸甲胺离子溶剂调控前驱体中碘化铅的比例，过量比例的碘化铅能与醋酸甲胺离子液体中的甲胺阳离子形成MAPbI3中间相从而促进相的转变过程制备出具有优异能量转换效率的CsPbI3钙钛矿太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将碘化铯，二甲胺氢碘酸盐以及碘化铅按摩尔比1:1:X，1<X<3，溶于醋酸甲胺溶剂中配制成新的全无机CsPbI3钙钛矿前驱液溶液，在100℃以上温度下加热搅拌溶解0.5
‑
3小时；(2)在清洗并且处理过的FTO透明导电玻璃片上旋涂沉积电子传输材料；(3)在相对湿度为40％
‑
80％的空气中将配制好的钙钛矿前驱体溶液旋涂在有电子传输层的FTO导电基板上，经过100
‑
160℃2
‑
10分钟,200
‑
300℃2
‑
10分钟的梯度退火，得到平整致密的钙钛矿薄膜；(4)在钙钛矿层旋涂三甲基苯基氯化按溶液界面修饰层；(5)在钙钛矿层旋涂空穴传输层；(6)在空穴传输层上真空蒸镀界面修饰层和金属电极。2.根据权利要求1所述的在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤(1)CsPbI3钙钛矿前驱体溶液的浓度为100
‑
400mg/mL。3.根据权利要求1所述的在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤(2)中透明导电FTO玻璃上的电子传输层为SnO2，具体步骤为如下：(1)旋涂条件为4000转旋涂30秒，(2)旋涂完在150℃退火30分钟。4.根据权利要求1所述的在高湿度环境下制备CsPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤(3)薄膜制备采用的是在相对湿度为40％
‑
80％的空气中采用加热分步旋涂及梯度退火的方式，具体步骤如下：(1)基板温度为50
‑
100℃；(2)旋涂条件为1500转旋涂10秒；2500转旋涂10秒；4000转旋涂10秒。(3)旋涂完在梯度温度下退火，条件为100
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈永华，刘锦，林越辛，夏英东，黄维，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：