一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法技术

一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域，克服了现有技术中的宽带隙钙钛矿太阳能电池稳定性和效率较低的缺陷。本发明专利技术二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，将[NH3(CH2)

A wide band gap perovskite film, solar cell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]过去十年钙钛矿太阳能电池快速发展，单节钙钛矿太阳能电池能量转换效率从最初的3.8%迅速提升到目前认证的25.7%。构建叠层电池是大幅提升电池效率的最有效途径，双结叠层电池的理论效率可达45%，远高于单结电池的S
‑
Q极限效率33%。随着钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率快速提高，宽带隙（1.63
‑
1.75 eV）钙钛矿电池正成为学术界和产业界研究的焦点。
[0003]与其它较低带隙(<1.6 eV)的钙钛矿相比，宽带隙钙钛矿材料中存在较高的缺陷态密度，导致电池的开路电压损失较大、填充因子较小，限制了宽带隙钙钛矿电池的能量转换效率。另外，传统宽带隙三维钙钛矿材料的稳定性问题仍有待提高。二维钙钛矿具有较高的结构稳定性，但二维钙钛矿效率较低。稳定性和效率问题是制约钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池商业化应用的主要瓶颈。因此迫切需要开发更稳定和有效的宽带隙钙钛矿材料和器件。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中的宽带隙钙钛矿太阳能电池稳定性和效率较低的缺陷，从而提供一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法。
[0005]为此，本专利技术提供了以下技术方案。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，将[NH3(CH2)
n
NH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5 mol/L，[NH3(CH2)
n
NH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。
[0007]进一步的，所述钙钛矿前驱体包括PbI2和PbBr2中的至少一种，以及碘甲脒（FAI）和溴甲铵（MABr）中的至少一种。
[0008]进一步的，所述加热处理的温度为90~120℃，加热时间为20~60min。
[0009]第二方面，本专利技术还提供了一种上述制备方法制得的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
[0010]第三方面，本专利技术还提供了一种二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。
[0011]第四方面，本专利技术还提供了一种太阳能电池，从下至上依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层和金属电极层；所述钙钛矿吸光层为上述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
[0012]进一步的，满足条件（1）
‑
（10）中的至少一项：
（1）所述导电衬底为氧化铟锡导电玻璃、掺杂氟的SnO2导电玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基底；（2）所述空穴传输层为聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]，氧化镍或聚（3，4
‑
乙烯二氧噻吩）与聚（苯乙烯磺酸盐）的混合物（PEDOT:PSS）；（3）所述钙钛矿吸光层为(FAPbI3)
x
(MAPbBr3)1‑
x
；其中，FA为甲脒，MA为甲铵，x取值为0.5～1；（4）所述电子传输层为[6,6]‑
苯基C61丁酸甲酯，氧化锡或氧化锌；（5）所述电子缓冲层为2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
邻二氮杂菲；（6）所述金属电极为银或金；（7）所述空穴传输层厚度为50～100nm；（8）所述电子传输层厚度为10～100nm；（9）所述电子缓冲层厚度为1～50 nm；（10）所述金属电极厚度为80～200 nm。
[0013]第五方面，本专利技术还提供了一种太阳能电池的制备方法，在导电衬底上采用全溶液法，依次生长空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层，并在电子缓冲层上蒸镀金属电极层。
[0014]进一步的，所述钙钛矿吸光层的制备包括：将[NH3(CH2)
n
NH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5mol/L，[NH3(CH2)
n
NH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL；将混合后的溶液旋涂在所述空穴传输层上，旋涂参数为前10～40s转速为2000～6000rpm，后10～20s转速为6000～8000 rpm；90～120℃热处理20～60min制钙钛矿吸光层；对1
×
1 cm2面积的导电衬底使用的前驱体溶液为20～50μL。
[0015]进一步的，满足条件（1）
‑
（3）中的至少一项：（1）所述空穴传输层的制备方法包括：将空穴传输层材料制备成2～10 mg/mL的溶液，滴加到经臭氧处理后的导电衬底上，旋涂，退火，冷却；所述旋涂参数为1000～6000转10～30s；所述退火温度为90～120℃，退火时间为5～30 min；对1
×
1 cm2面积的导电衬底使用的空穴传输层材料溶液为20～60μL；（2）所述电子传输层的制备方法包括：将电子传输层材料制备成10～40 mg/mL的溶液，滴加到钙钛矿吸光层上，旋涂；所述旋涂参数为800～2000转10～40s；对1
×
1 cm2面积的导电衬底使用的电子传输层材料溶液为20～40μL；（3）所述电子缓冲层的制备方法包括：将电子缓冲层材料制备成0.2～0.8 mg/mL的溶液，滴加到电子传输层上，旋涂；所述旋涂参数为800～1500转10～40s；对1
×
1 cm2面积的导电衬底使用的电子缓冲层材料溶液为20～40μL。
[0016]本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，将[NH3(CH2)
n
NH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5mol/L，[NH3(CH2)
n
NH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。
[0017]本专利技术通过在体相中引入双铵配体材料并控制双铵配体材料[NH3(CH2)
n
NH3]I2与钙钛矿前驱体的用量制得了一种二维/三维杂化的宽带隙钙钛矿，有效抑制相分离，降低钙钛矿薄膜体相缺陷，抑制离子迁移，降低钙钛矿薄膜晶界和表面缺陷引起的载流子非辐射复合损耗问题。得到的钙钛矿薄膜具有优异的稳定性以及较低的表界面缺陷态密度。本专利技术钙钛矿薄膜以三维相为主，激子结合能小，有利于电荷分离，各向同性，结晶取向影响小，结合二维的高稳定性和三维的高效率，可获得高效稳定宽带隙光伏器件。本专利技术是针对面向叠层器件的宽带隙钙钛矿薄膜。
[0018]二维有机阳离子构成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，将[NH3(CH2)
n
NH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5 mol/L，[NH3(CH2)
n
NH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。2.根据权利要求1所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体包括PbI2和PbBr2中的至少一种，以及碘甲脒和溴甲铵中的至少一种。3.根据权利要求2所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为90~120℃，加热时间为20~60min。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法制得的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。5.一种权利要求4所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。6.一种太阳能电池，其特征在于，从下至上依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层和金属电极层；所述钙钛矿吸光层为权利要求4所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，满足条件（1）
‑
（10）中的至少一项：（1）所述导电衬底为氧化铟锡导电玻璃、掺杂氟的SnO2导电玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基底；（2）所述空穴传输层为聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]，氧化镍或聚（3，4
‑
乙烯二氧噻吩）与聚（苯乙烯磺酸盐）的混合物；（3）所述钙钛矿吸光层为(FAPbI3)
x
(MAPbBr3)1‑
x
；其中，FA为甲脒，MA为甲铵，x取值为0.5～1；（4）所述电子传输层为[6,6]
‑
苯基C61丁酸甲酯，氧化锡或氧化锌；（5）所述电子缓冲层为2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
邻二氮杂菲；（6）所述金属电极为银或金；（7）所述空穴传输层厚度...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨静，代慧涛，刘冬雪，宋宗龙，刘永胜，孙天歌，董一昕，尚子雅，
申请(专利权)人：中国长江三峡集团有限公司，
类型：发明
国别省市：