一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种含有能级过渡层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述的能级修饰层由EAI与PEAI修饰后产生，EAI一方面能够钝化钙钛矿层表面缺陷，另一方面部分EA+离子进入到钙钛矿晶格造成晶格膨胀与晶格扭曲，使晶相发生变化。此外，EAI为PEAI提供铆合位点，促使PEAI优先堆积到结晶处。PEAI既可以钝化表面缺陷还可以形成二维钙钛矿(PEA)2PbI4，形成了局部的2D

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]卤化铅钙钛矿具有载流子扩散长度长、带隙可调、光吸收系数高等优良光电特性，被认 为是一种很有前途的光伏材料。近十年来，钙钛矿太阳能电池(PSCs)得到了迅速发展。目前， 光电转换效率已到达25.7％，光电转换性能可与晶体硅太阳能电池相媲美。然而，有机
‑
无机 杂化PSCs中的有机成分(如MA
+
和FA
+
)非常不稳定，在高温、高湿和氧气的侵袭下容易挥 发或分解，导致PSCs的光电性能严重下降或消失。此外，有机
‑
无机杂化钙钛矿的制备通常 使用昂贵的poly[bis(4
‑
phenyl)(2，4，6
‑
trime
‑
thylphenyl)amine](PTAA)，2，2
‘
，7，7
’‑
四[N， N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
‘‑
螺联荧烯(螺环
‑
OMeTAD)作为空穴传输层，这大大增加 了有机
‑
无机杂化钙钛矿的生产成本，进一步限制了杂化钙钛矿的大规模应用。稳定性和高昂 的生产成本是未来钙钛矿太阳能电池规模化应用的巨大挑战。
[0003]当采用无机铯离子(Cs
+
)取代有机阳离子时，钙钛矿材料具有更高的本征稳定性。由于没 有挥发性有机阳离子的存在，无机钙钛矿在高温下的稳定性显著提高。铯基全无机卤化物钙 钛矿CsPbX3(X＝Cl，Br，I)因其优异的热稳定性和光电性能而受到研究人员的广泛关注。研究 人员已经证明，钙钛矿材料本身既可以作为光电转换材料，也可以传输载流子，因此可将空 穴传输层省去，制备出无空穴传输层碳基全无机钙钛矿太阳能电池。该类型钙钛矿太阳能电 池具有结构简单，制备成本较低，周期短的优点。但是，其稳定性与效率仍然较低，原因一 方面是因为钙钛矿层与碳电极之间存在着较大的能级壁垒，阻碍了空穴的快速分离；另一方 面是钙钛矿层之间与碳电极之间存在着接触不良的现象。因此如何减少钙钛矿层与电极层之 间的能级壁垒，改善其接触，提高钙钛矿的稳定性，成为了亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]为了减少钙钛矿层与电极层之间的能级壁垒，改善钙钛矿层与电极层之间的接触，本发 明提供了一种具有能级过渡层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术提供的能级过渡层 能够使钙钛矿层与电极层之间的能级成梯度排列，减少了能级差，削弱了能级壁垒，使空穴 转移更加迅速。此外，调控了能级过渡层的微观结构，使其能够改善钙钛矿层与电极层之间 的接触并提高了钙钛矿层的疏水性。因此本专利技术可以有效地提高无空穴传输层碳基全无机太 阳能电池的能量转换效率与稳定性，减少了制造成本，工艺简单，有利于促进钙钛矿的大规 模应用，具有较大的实际意义与广阔的应用前景。
[0005]本专利技术提供的一种钙钛矿太阳能电池包含以下结构：导电基底\电子传输层\钙钛矿层\ 能级过渡层\碳电极层。
[0006]所述的能级过渡层具有特定的微观结构，适度增加了钙钛矿层表面粗糙度，改善
了与碳 电极的接触，并同时提高了钙钛矿层的稳定性。
[0007]本专利技术提供的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其技术方案包含以下步骤：
[0008](1)将导电基底清洗干净，在其导电面上组装一层电子传输层；
[0009](2)按照一定浓度配制钙钛矿前驱体，将其溶解在DMSO、DMF、1
‑
甲基
‑2‑
吡咯烷酮 (NMP)任意比例混合的溶剂中,置于30
‑
90℃的热台上搅拌至溶液澄清，制得钙钛矿前驱体 溶液；配置一定浓度的乙胺氢碘酸盐(EAI)溶液与苯乙胺氢碘酸盐(PEAI)溶液，将其按 照一定比例混合并置于30
‑
100℃的温度下搅拌均匀，制得EAI与PEAI混合溶液；
[0010](3)将组装好电子传输层的基底臭氧处理5
‑
60min；随后转移到旋涂仪中，在基底上表 面滴加30
‑
150μL的钙钛矿前驱体溶液，静止2
‑
300秒后以1000
‑
5000rpm的速度旋涂20
‑
100 秒，在旋涂结束前5
‑
15秒滴加50
‑
300μL反溶剂；待旋涂结束后迅速将基底转移到150
‑ꢀ
300℃的热台上退火5
‑
120分钟；
[0011](4)将冷却后的基底置于旋涂仪上，在其上表面滴加30
‑
200μL的EAI与PEAI混合溶 液，随后以500
‑
6000rpm的速度旋转5
‑
60秒，旋涂结束后将其转移到50
‑
150℃的热台上 退火2
‑
20分钟；
[0012](5)将碳电极组装到上述基底上并于100
‑
150℃退火5
‑
30min。
[0013]对照组为未含有能级过渡层的钙钛矿太阳能电池，其制备方法除不含有步骤(4)外，其 余步骤均相同。
[0014]优选的导电基底为FTO、ITO中任一种；
[0015]优选的电子传输层为TiO2、SnO2、ZnO、PCBM中的任一种；
[0016]优选的钙钛矿前驱体物质的量浓度为0.7M
–
1.7M,所制备的钙钛矿层为全无机钙钛矿 CsPbX3(X＝Br,I)，X位的元素为Br,I中的任意一种或Br,I以任意比的混合；
[0017]优选的配制乙胺氢碘酸盐(EAI)溶液与苯乙胺氢碘酸盐(PEAI)溶液所用的溶剂为乙醇、 甲醇、氯苯与异丙醇中的任意一种或任意几种以任意比的混合物；
[0018]优选的配制乙胺氢碘酸盐(EAI)溶液与苯乙胺氢碘酸盐(PEAI)溶液的浓度为0.5mg/ml
‑ꢀ
30mg/ml，EAI溶液与PEAI溶液混合体积比为(1:9)
‑
(9:1)。
[0019]所述的能级修饰层由EAI溶液与PEAI溶液修饰后产生，EAI一方面能够钝化钙钛矿层 表面由于卤素离子空位造成的缺陷，另一方面EA
+
离子体积比CS
+
离子体积稍大，部分EA
+
离子进入到钙钛矿晶格替代CS
+
后造成晶格膨胀与晶格扭曲，使晶相发生变化，从而在钙钛 矿表面形成了晶相异质结，晶相异质结能够钝化表面缺陷，抑制非辐射复合，改善能级匹配， 从而提高了光电转换效率。此外，EAI首先在钙钛矿层的晶界处进行堆积，填补了晶界处的 空洞，减少了漏电流的产生，并为PEAI提供铆合位点，促使PE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其包含以下结构：导电基底\电子传输层\钙钛矿层\能级过渡层\碳电极层：所述的能级过渡层具有特定的微观结构，适度增加了钙钛矿层表面粗糙度，改善了与碳电极的接触，并同时提高了钙钛矿层的稳定性。2.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其技术方案包含以下步骤：(1)将导电基底清洗干净，在其导电面上组装一层电子传输层；(2)按照一定浓度配制钙钛矿前驱体，将其溶解在DMSO、DMF、NMP以任意比例混合的溶剂中，置于30
‑
90℃的热台上搅拌至溶液澄清，制得钙钛矿前驱体溶液；配置一定浓度的乙胺氢碘酸盐(EAI)溶液与苯乙胺氢碘酸盐(PEAI)溶液，将其按照一定比例混合并置于30
‑
100℃的温度下搅拌均匀，制得EAI与PEAI混合溶液；(3)将组装好电子传输层的基底臭氧处理5
‑
60min；随后转移到旋涂仪中，在基底上表面滴加30
‑
150μL的钙钛矿前驱体溶液，静止2
‑
300秒后以1000
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5000rpm的速度旋涂20
‑
100秒，在旋涂结束前5
‑
15秒滴加50
‑
300μL反溶剂；待旋涂结束后迅速将基底转移到150
–
300℃的热台上退火5
‑
120分钟；(4)将冷却后的基底置于旋涂仪上，在其上表面滴加30
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：尤汀汀，霍晓楠，王科翔，高宇坤，殷鹏刚，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：