一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法，该钙钛矿太阳电池从上至下依次包括ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层；其中宽带隙钙钛矿吸收层为掺杂噻吩甲脒氯的甲脒铯铅碘溴钙钛矿。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳电池可有效增加宽带隙钙钛矿薄膜中少数载流子寿命，钝化钙钛矿薄膜体内缺陷，提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压和效率。效率。效率。

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及到一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]在光伏材料领域，宽带隙钙钛矿太阳电池凭借具有较高的吸光系数、长载流子寿命、以及对弱光响应能力高、制备工艺简单等优势，在叠层太阳能光伏发电和光伏建筑一体化领域具有较大应用前景。由于宽带隙钙钛矿结晶性差、体缺陷和界面缺陷密度高，且易发生相分离，导致宽带隙钙钛矿太阳电池的开路电压损失较大。因此制备高质量宽带隙钙钛矿薄膜，降低宽带隙钙钛矿太阳电池的开路电压损失，是发展高效稳定宽带隙和叠层太阳电池的关键所在。
[0003]选择合适的添加剂加入宽带隙钙钛矿前驱体溶液中是一种提高宽带隙钙钛矿薄膜质量的有效方法，例如在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂，如硫氰酸铅、硫氰酸甲胺等，可与前驱体溶液产生相互作用以调节晶体生长，增大晶粒尺寸，降低晶界处的缺陷态密度，从而提高器件性能，但开路电压还有待提高。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法，采用添加剂工程调控钙钛矿结晶和生长过程，降低钙钛矿薄膜缺陷密度，从而获得高质量的钙钛矿薄膜及高开路电压宽带隙钙钛矿太阳电池。可有效增加宽带隙钙钛矿薄膜中少数载流子寿命，钝化钙钛矿薄膜体内缺陷，提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压和效率。
[0005]为达上述目的，本专利技术提供了一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池，电池自下而上分别为ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层；宽带隙钙钛矿吸收层为掺杂噻吩甲脒氯的甲脒铯铅碘溴钙钛矿，噻吩甲脒氯的掺杂量以摩尔百分比计为0
‑
0.8％，且不为0。
[0006]进一步地，宽带隙钙钛矿吸收层通过反溶剂法制备得到，具体包括以下步骤：
[0007](1)将噻吩甲脒氯粉末溶解于二甲基甲酰胺中，得到噻吩甲脒氯溶液，浓度为0.5～1mol/L；将碘化铅、溴化铅、碘甲脒、碘化铯按摩尔比7：3：8：2溶解于混合溶剂中，使总浓度为1
‑
1.5mol/L，搅拌获得钙钛矿前驱体溶液；
[0008](2)将噻吩甲脒氯溶液加入到钙钛矿前驱体溶液中，获得噻吩甲脒氯掺杂的宽带隙FA
0.8
Cs
0.2
Pb(I
0.8
Br
0.2
)3前驱体溶液，其中噻吩甲脒氯所占摩尔比为0
‑
0.8％；
[0009](3)将钙钛矿前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，旋涂过程中滴加反溶剂，旋涂结束后将衬底放置在50
‑
70℃的热台上退火2min，随后放置在90
‑
105℃的热台上退火5
‑
10min，制得钙钛矿薄膜。
[0010]其中，混合溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜按体积比为3：1
‑
9：1混合的溶剂。
[0011]进一步地，步骤(3)中旋涂的转速为3500
‑
4500rpm，旋涂时间为45
‑
75s，其中当旋涂到25
‑
30s时，开始滴加反溶剂，反溶剂为乙醚，所述乙醚的滴加量为500μL。
[0012]进一步地，ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层的厚度依次为0.7
‑
1.1mm、5
‑
10nm、300
‑
400nm、20
‑
30nm、20
‑
25nm和100
‑
150nm。
[0013]进一步地，掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0014]依次在ITO导电玻璃上采用PTAA溶液制备空穴传输层，采用反溶剂法在PTAA上制备掺杂噻吩甲脒氯的宽带隙钙钛矿作为钙钛矿吸收层，在钙钛矿吸收层上蒸镀电子传输层，接着采用原子层沉积法沉积空穴阻挡层，最后蒸镀金属电极层，制得掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池。
[0015]进一步地，ITO导电玻璃的方阻为10Ω，平均透光率为85％以上。
[0016]进一步地，金属电极层的金属为铜，通过蒸镀制得。
[0017]进一步地，PTAA的浓度为1.8
‑
2.2mg/mL。
[0018]进一步地，空穴阻挡层为二氧化锡层，空穴阻挡层的前驱体为四(二甲氨基)锡(IV)和去离子水。
[0019]进一步地，电子传输层为C
60
层，通过蒸镀制得。
[0020]综上所述，本专利技术具有以下优点：
[0021]1、与传统的钙钛矿电池制备方法相比，本专利技术首次使用了噻吩甲脒氯(TFACl)掺入了宽带隙钙钛矿前驱体溶液中，然后使用一步旋涂法旋涂钙钛矿前驱体溶液获得掺杂TFACl的钙钛矿吸光层。其中，TFACl中的氯离子可以提高钙钛矿吸光层的结晶质量，增大晶粒尺寸，调节钙钛矿的结晶取向的同时增大载流子扩散长度；噻吩甲脒离子可以与钙钛矿层中的碘化铅反应，在晶界处生成二维钙钛矿相，有效地钝化钙钛矿薄膜的晶界缺陷来降低缺陷态密度，抑制薄膜中的离子迁移来改善薄膜的相分离，从而提升钙钛矿薄膜的稳定性。因此，本专利技术采用在宽带隙钙钛矿前驱体溶液添加TFACl的方法，通过其阴阳离子作用于钙钛矿薄膜，获得了具有更低缺陷态密度的钙钛矿膜层，从而提高载流子的寿命和钙钛矿薄膜相稳定性，因此宽带隙钙钛矿太阳电池的光电转换效率和稳定性明显提升。
[0022]2、本专利技术通过TFACl掺杂的宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法还能够有效地改善器件中的能带匹配，提升器件的界面质量，进一步阻止电子
‑
空穴在界面处的复合，从而提高宽带隙钙钛矿太阳电池的稳定性和光电转换效率。
附图说明
[0023]图1为本专利技术中掺杂噻吩甲脒氯的宽带隙钙钛矿太阳电池结构示意图；
[0024]其中，1
‑
ITO导电玻璃层；2
‑
空穴传输层；3
‑
宽带隙钙钛矿吸收层；4
‑
电子传输层；5
‑
空穴阻挡层；6
‑
金属电极层；
[0025]图2为对比例及实施例1所得宽带隙钙钛矿吸收层的紫外可见吸收光谱和Tauc图；
[0026]图3为对比例及实施例1所得宽带隙钙钛矿吸收层的稳态光致发光谱；
[0027]图4为宽带隙钙钛矿吸收层掺杂0％、0.3％、0.5％和0.8％噻吩甲脒氯的钙钛矿太阳电池的J
‑
V曲线图；
[0028]图5为宽带隙钙钛矿吸收层掺杂0％、0.3％、0.5％和0.8％噻吩甲脒氯的钙钛矿太阳电池的光伏性能统计图。
具体实施方式
[0029]以下结合实施例对本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电池自下而上分别为ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层；所述宽带隙钙钛矿吸收层为掺杂噻吩甲脒氯的甲脒铯铅碘溴钙钛矿，所述噻吩甲脒氯的掺杂量以摩尔百分比计为0
‑
0.8％，且不为0。2.如权利要求1所述的掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述宽带隙钙钛矿吸收层通过反溶剂法制备得到，具体包括以下步骤：(1)将噻吩甲脒氯粉末溶解于二甲基甲酰胺中，得到噻吩甲脒氯溶液，浓度为0.5～1mol/L；将碘化铅、溴化铅、碘甲脒、碘化铯按摩尔比7：3：8：2溶解于混合溶剂中，使总浓度为1
‑
1.5mol/L，搅拌获得钙钛矿前驱体溶液；(2)将噻吩甲脒氯溶液加入到钙钛矿前驱体溶液中，获得噻吩甲脒氯掺杂的宽带隙FA
0.8
Cs
0.2
Pb(I
0.8
Br
0.2
)3前驱体溶液，其中噻吩甲脒氯所占摩尔比为0
‑
0.8％；(3)将钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述空穴传输层上，旋涂过程中滴加反溶剂，旋涂结束后将衬底于50
‑
70℃下退火1
‑
3min，随后于95
‑
105℃下退火5
‑
10min，制得钙钛矿薄膜，即宽带隙钙钛矿吸收层。3.如权利要求2所述的掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述步骤(3)中旋涂的转速为3500
‑
4500rpm，旋涂时间为45
‑
75s，其中当旋涂到25
‑
30s时，开始滴加反溶剂，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：裴子凡，陈聪，赵德威，罗雁，崔光垚，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：