一种高效率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高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该方法使用甲脒基吡啶(3,4APX)C6H8XN3(X＝I、Br、Cl)作为添加剂配制钙钛矿前驱液，通过调控前驱液溶质组分，制备出高质量的钙钛矿薄膜，进而得到高效稳定的钙钛矿太阳电池，这将为推动钙钛矿太阳电池走向商业应用提供一种新的思路和方法。因此，通过调控前驱液的组分，找寻一种性能优异的添加剂来得到高标准的钙钛矿前驱液，并使用溶液法制备出高质量的钙钛矿薄膜以实现钙钛矿太阳电池效率的大幅提升。率的大幅提升。率的大幅提升。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率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太阳能电池领域，具体涉及一种高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池因其卓越的光电性能受到广泛关注，光电转换效率从2009年的3.8％飞速提升至目前的25.5％。然而，传统的甲胺体系、甲脒体系低温制备的多晶钙钛矿薄膜，存在晶格应力和晶格不匹配等问题，产生的大量缺陷和能级变化会对载流子的提取、分离和输运产生严重的影响，这仍然限制了电池器件的光电转化效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以解决现有技术中甲胺体系和甲脒体系存在的晶格应力和晶格不匹配的问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0005]一种高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1，按照摩尔比为1:1：(0.25～0.4)混合PbI2、CH(NH2)2I和CH3NH3Cl，在其中加入1～10mg的C6H8XN3(X＝I、Br、Cl)作为添加剂，形成混合溶质A，将混合溶质A溶解在DMSO和DMF形成的混合溶剂中，形成浓度为1.2～1.7M的混合溶液B，将混合溶液B振荡5h以上后，过滤得到澄清的钙钛矿前驱体溶液；
[0007]步骤2，预处理FTO玻璃基底；
[0008]步骤3，在FTO玻璃基底上制备TiO2电子传输层，并进行退火处理；
>[0009]步骤4，在退火处理后的TiO2电子传输层上涂覆Li2CO3水溶液，所述Li2CO3水溶液的浓度为1mg/mL，获得修饰后的TiO2电子传输层；
[0010]步骤5，移取50～70μl的钙钛矿前驱体溶液旋涂在修饰后的TiO2电子传输层上，获得钙钛矿薄膜，将得到的钙钛矿薄膜进行退火处理，退火后获得钙钛矿吸收层；
[0011]步骤6，在钙钛矿吸收层上旋涂PEAI异丙醇溶液，获得钙钛矿钝化层；
[0012]步骤7，在钙钛矿钝化层上制备Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层；
[0013]步骤8，在Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层上制备Au电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备。
[0014]本专利技术的进一步改进在于：
[0015]优选的，步骤3中，TiO2电子传输层的制备过程为，将FTO玻璃浸润在TiCl4溶液中，在70℃恒温反应55～70min后，在200℃下退火30min，制得TiO2电子传输层。
[0016]优选的，步骤4中，涂覆Li2CO3水溶液的过程为，以3000rpm/min在TiO2电子传输层上旋涂Li2CO3水溶液，旋涂时间为50s，旋涂后在200℃退火处理 30min，使用紫外处理10～
15min，得到修饰后的TiO2电子传输层。
[0017]优选的，步骤5中，钙钛矿前驱体溶液的旋涂速度为6000rpm，旋涂时间为 50s，距离旋涂结束还有42～35s时，滴加800～1200μl无水乙醚，制得钙钛矿薄膜。
[0018]优选的，步骤5中，退火温度为150～160℃，退火时间为10～30min，退火时的环境湿度为30％～50％。
[0019]优选的，步骤6中，在钙钛矿吸收层上旋涂PEAI异丙醇溶液，旋涂转速为 3000rpm，旋涂时间为30s，旋涂后形成钙钛矿钝化层。
[0020]优选的，步骤7中，在钙钛矿钝化层上，以5000rpm的转速将Spiro
‑
OMeTAD 溶液旋涂在钙钛矿钝化层上，旋涂时间为30s，制得Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层。
[0021]优选的，步骤8中，通过蒸镀法在Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层上制备 70～110nm厚的Au电极。
[0022]一种通过上述任意一项制备方法制得的高效率钙钛矿太阳能电池。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]本专利技术公开了一种高效率钙钛矿太阳能电池的电池制备方法，该方法使用甲脒基吡啶(3,4APX)C6H8XN3(X＝I、Br、Cl)作为添加剂配制钙钛矿前驱液，通过调控前驱液溶质组分，制备出高质量的钙钛矿薄膜，进而得到高效稳定的钙钛矿太阳电池，这将为推动钙钛矿太阳电池走向商业应用提供一种新的思路和方法。因此，通过调控前驱液的组分，找寻一种性能优异的添加剂来得到高标准的钙钛矿前驱液，并使用溶液法制备出高质量的钙钛矿薄膜以实现钙钛矿太阳电池效率的大幅提升。
[0025]本专利技术的钙钛矿光太阳电池在制备过程中，通过设计合成新的脒基吡啶有机分子，首次作为添加剂引入到甲脒体系钙钛矿中，由于脒基吡啶中含有充分的N 原子以及吡啶环的共轭结构，其能与钙钛矿无机骨架形成更多的氢键，与FAPbI3结合增强，从而增大薄膜中的晶粒尺寸和降低薄膜表面粗糙度，提高钙钛矿薄膜结晶质量；同时脒基吡啶能够显著提高缺陷形成能和碘扩散能量势垒，从而降低体系缺陷态密度，抑制离子迁移。最终改善了器件的开路电压和短路电流，获得了24.47％的光电转化效率。相较于没有添加3PA(4AP)X(X＝I、Br、Cl)的前驱体溶液，脒基吡啶极大地提升了钙钛矿薄膜的结晶质量，增大了晶粒尺寸，减少了钙钛矿薄膜缺陷所带来的载流子复合损失，使得载流子寿命得到增加，最终直接决定了钙钛矿电池器件的光电转化效率的提升。其优异的光电性能及器件效率将有助于推动钙钛矿太阳电池走向商业应用。
附图说明
[0026]图1为本专利技术实例中所述方法与未添加甲脒基吡啶(AP)溶液制备的钙钛矿太阳电池光电转化效率对比图。
[0027]图2为本专利技术实例中所述方法与未添加AP溶液制备的钙钛矿太阳电池外量子效率对比图。
[0028]图3为本专利技术实例中所述方法与未添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜扫描电子显微镜(SEM)对比图；图3a为未添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜的平面扫描电镜图；图3b为添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜的平面扫描电镜图；图3c为未添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜的截面扫描电镜图；图3d为添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜的截面扫描电镜图。
[0029]图4为本专利技术实例中所述方法与未添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜紫外吸收对比图。
[0030]图5为本专利技术实例中所述方法与未添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜稳态荧光对比图。
[0031]图6为本专利技术实例中所述方法与未添加AP溶液制备的钙钛矿薄膜荧光寿命对比图。
具体实施方式
[0032]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0033]本专利技术一种高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0034]步骤1，钙钛矿前驱体溶液的制备：称取摩尔比分别为PbI2：CH(NH2)2I： CH3NH3Cl＝1:1:0.25、1:1:0.3和1:1:0.4的三种溶质，并在其中加入1～10mg的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，按照摩尔比为1:1：(0.25～0.4)混合PbI2、CH(NH2)2I和CH3NH3Cl，在其中加入1～10mg的C6H8XN3(X＝I、Br、Cl)作为添加剂，形成混合溶质A，将混合溶质A溶解在DMSO和DMF形成的混合溶剂中，形成浓度为1.2～1.7M的混合溶液B，将混合溶液B振荡5h以上后，过滤得到澄清的钙钛矿前驱体溶液；步骤2，预处理FTO玻璃基底；步骤3，在FTO玻璃基底上制备TiO2电子传输层，并进行退火处理；步骤4，在退火处理后的TiO2电子传输层上涂覆Li2CO3水溶液，所述Li2CO3水溶液的浓度为1mg/mL，获得修饰后的TiO2电子传输层；步骤5，移取50～70μl的钙钛矿前驱体溶液旋涂在修饰后的TiO2电子传输层上，获得钙钛矿薄膜，将得到的钙钛矿薄膜进行退火处理，退火后获得钙钛矿吸收层；步骤6，在钙钛矿吸收层上旋涂PEAI异丙醇溶液，获得钙钛矿钝化层；步骤7，在钙钛矿钝化层上制备Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层；步骤8，在Spiro
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OMeTAD空穴传输层上制备Au电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备。2.根据权利要求1所述的一种高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤3中，TiO2电子传输层的制备过程为，将FTO玻璃浸润在TiCl4溶液中，在70℃恒温反应55～70min后，在200℃下退火30min，制得TiO2电子传输层。3.根据权利要求1所述的一种高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤4中，涂覆L...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵奎，杨廷欢，陆静，刘生忠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：