一种掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型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掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。所述掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池，包括由下至上的FTO层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极层；所述钙钛矿层的材料为掺杂全氟有机化合物的CsPbI

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，特别涉及一种掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着世界经济的飞速发展，人类对能源的需求远超于地球的供给能力。而传统的化石能源(石油，天然气等)都属于不可再生资源，不仅无法再生，还会对环境造成很大影响。近来传统化石能源出现危机和环境污染日益加剧，可持续能源战略陆续被各国提上日程，越来越受到世界范围内的重视。因此摆脱对传统化石能源的依赖，发展可再生能源，才是未来人类社会发展的必经之路。可再生能源包括风能，水能，太阳能，地热能和潮汐能等，其中，太阳能是资源量最大、分布最为广泛，可以认为是取之不尽，用之不竭的。
[0003]而太阳能光电利用是近年来最受瞩目、最有活力的研究领域之一。太阳能电池体积小，移动方便，使用起来不受地域的限制。我们既可以把太阳能电池做成大规模的发电站，实现并网发电，又可以很方便地用较少的电池组件给偏远地区用户提供生活电能，或者给移动通讯设备提供电力保障。单晶硅太阳能电池和多晶硅太阳能电池统称为晶体硅太阳能电池，占据全球太阳能电池市场的绝大部分，市场份额高达90％。这两种电池的生产技术比较成熟，电池的光电转换效率较高，稳定性好(使用寿命都在15年以上)。但是，硅系太阳能电池对原材料要求苛刻，而且制作工艺复杂，成本高居不下，发电成本较高，无法实现超大规模实用化。
[0004]近年来，基于ABX3结构的有机无机杂化钙钛矿材料因其具有优良的光电特性和廉价的制作成本得到了全世界的广泛关注，但体系中的有机组分容易受到光、热、湿等外界条件的影响而分解，导致器件的PCE发生严重的下降，极大地限制了PSCs(Perovskite solar cells,PSCs)的产业化进程。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，通过对钙钛矿层掺杂不同浓度的全氟有机化合物来提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：
[0007]本专利技术技术方案之一：提供一种掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池，包括由下至上的FTO层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极层；所述钙钛矿层的材料为掺杂全氟有机化合物的CsPbI
2.85
Br
0.15
。
[0008]优选地，所述电子传输层的材料为氧化钛；所述空穴传输层的材料为聚3
‑
己基噻吩(P3HT)；所述金属电极层的材料为金和银中的至少一种；所述全氟有机化合物为全氟
‑
N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙胺化合物或全氟
‑
N,N
‑
二乙基甲胺。
[0009]优选地，所述全氟
‑
N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙胺化合物的制备步骤包括：将三乙胺溶于含有金属氟化物的氟化氢溶液中进行电化学反应，收集反应后生成的气体，冷却至68℃收集液化的氟化产物得到全氟三乙胺，进一步冷却至45℃，收集液化的氟化产物即可得到全氟
‑
N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙胺。
[0010]优选地，所述金属氟化物为氟化锂、氟化钠和氟化钾；所述金属氟化物在氟化氢中的质量浓度为4
‑
10％；所述电化学反应以镍为阳极，反应温度为80
‑
90℃。
[0011]优选地，所述FTO层的厚度为400
‑
500nm；所述电子传输层的厚度为10nm
‑
50nm；所述钙钛矿层的厚度为300nm
‑
400nm；所述空穴传输层的厚度为50nm
‑
100nm；所述金属电极层的厚度为120nm。
[0012]本专利技术技术方案之二：提供一种上述掺杂全氟有机化合物的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0013](1)在所述FTO层上生成所述电子传输层；
[0014](2)钙钛矿层前驱体溶液的制备：将PbBr2、HPbI3和CsI溶解在有机溶液中，加入全氟有机化合物，得到钙钛矿层前驱体溶液；
[0015](3)将步骤(2)所得钙钛矿层前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，退火，得到所述钙钛矿层；
[0016](4)在所述钙钛矿层上生成所述空穴传输层；再于所述空穴传输层上生成金属电极层，制得掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池。
[0017]优选地，步骤(2)中所述PbBr2、HPbI3和CsI的摩尔比为0.06:1.086:1；所述有机溶液为二甲基甲酰胺；所述全氟有机化合物在所述钙钛矿层前驱体溶液中的质量浓度为0.5
‑
50mg/mL。
[0018]更优选地，步骤(2)中所述PbBr2、HPbI3和CsI在所述有机溶液中的摩尔浓度为0.7mol/L。
[0019]优选地，步骤(3)中所述钙钛矿层前驱体溶液在旋涂前还包含过滤步骤。
[0020]更优选地，所述过滤的滤孔直径为10
‑
440nm，最优选为220nm。
[0021]优选地，步骤(3)中所述旋涂的转速为4000rpm，时间为35s；所述退火的温度为210℃，时间为3
‑
5min。
[0022]本专利技术先配制出钙钛矿层前驱体溶液，再以其制备钙钛矿层(薄膜层)，由于钙钛矿薄膜在加热退火过程中容易造成卤素流失，产生零价铅缺陷态，并造成Pb
‑
X位置改变产生替位缺陷，影响电荷有效传输，进而削弱器件的转化效率和稳定性。本专利技术通过在钙钛矿层前驱体溶液中加入全氟有机化合物作为掺杂材料，该掺杂材料并没有影响钙钛矿薄膜的组分，而是在退火过程中辅助成膜，分布于薄膜晶粒间或者电荷传输材料与钙钛矿界面处，屏蔽钙钛矿的表面缺陷，提高其电荷提取效率。全氟有机化合物中利用氟的高电负性可与钙钛矿材料形成牢固的离子键和分子间键合，钝化钙钛矿表面缺陷并降低其对进一步化学反应性的敏感性。除此之外，全氟有机化合物具有较强的疏水性，通过疏水基团阻隔水对钙钛矿的腐蚀作用，最终得以实现提高器件的光电转化效率和稳定性的目的。
[0023]本专利技术的有益技术效果如下：
[0024]本专利技术在钙钛矿型太阳能电池结构中，引入了一种新型的钙钛矿层掺杂材料，在钙钛矿溶液中添加全氟有机化合物的掺杂材料，充分混合。然后将上述制备的钙钛矿前驱
体溶液进行旋涂，制备器件。通过将全氟有机化合物掺杂进入钙钛矿溶液中，钙钛矿效率由初始效率的16.84％提升到17.49％，使得器件的性能得到提升。
[0025]本专利技术所用全氟有机化合物掺杂材料沸点较低，在退火过程中辅助钙钛矿成膜本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，包括由下至上的FTO层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极层；所述钙钛矿层的材料为掺杂全氟有机化合物的CsPbI
2.85
Br
0.15
。2.根据权利要求1所述的掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的材料为氧化钛；所述空穴传输层的材料为聚3
‑
己基噻吩(P3HT)；所述金属电极层的材料为金和银中的至少一种；所述全氟有机化合物为全氟
‑
N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙胺化合物或全氟
‑
N,N
‑
二乙基甲胺。3.根据权利要求2所述的掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述全氟
‑
N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙胺化合物的制备步骤包括：将三乙胺溶于含有金属氟化物的氟化氢溶液中进行电化学反应，收集反应后生成的气体，冷却至68℃收集液化的氟化产物得到全氟三乙胺，进一步冷却至45℃，收集液化的氟化产物即可得到全氟
‑
N
‑
甲基
‑
N,N
‑
二乙胺。4.根据权利要求3所述的掺杂全氟有机化合物的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述金属氟化物为氟化锂、氟化钠和氟化钾；所述金属氟化物在氟化氢中的质量浓度为4
‑
10％；所述电化学反应以镍为阳极，反应温度为80
‑
90℃。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建东，王梦琦，李闻哲，袁松洋，纳维德，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：