一种钙钛矿太阳能电池器件的制备方法技术

本发明专利技术个公开了一种钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术通过在钙钛矿前驱体溶液中添加四氟硼酸胍盐然后将其作为太阳能电池器件吸光层的策略，从而实现了高质量低缺陷的钙钛矿薄膜的沉积及具有高性能的钙钛矿太阳能电池器件的制备。及具有高性能的钙钛矿太阳能电池器件的制备。及具有高性能的钙钛矿太阳能电池器件的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池器件的制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池器件的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池，是利用钙钛矿型的有机
‑
无机杂化金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有低成本、易制备和优异的光电转化性能等优点而在国际上备受关注，并且发展迅速，电池转化效率已从2009 年的3.8%提升到2020年的25.5%，钙钛矿材料也被认为是下一代低成本太阳能电池的光吸收材料。
[0003]为了让钙钛矿电池获得更高的光电转换效率，基于不同禁带宽度的钙钛矿与具有较低禁带宽度的半导体材料结合来加工的叠层电池已被证实是突破效率极限的有效途径。通过使用宽带隙的钙钛矿作为顶电池吸收短波长部分的太阳光，使用窄带隙半导体材料作为底电池吸收长波长部分的太阳光，提高太阳光谱的利用率，降低单结电池中载流子的热弛豫损失，从而提高光电转换效率。钙钛矿/晶硅、钙钛矿/铜铟镓硒、钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池都已经取得了显著的进步。在钙钛矿基叠层太阳电池中，禁带宽度处在1.7 eV
‑
1.9 eV之间的钙钛矿材料是制备顶电池的合适选择。然而，目前钙钛矿基叠层太阳电池的效率的进一步提升严重受限于宽带隙钙钛矿太阳能电池的低效率，钙钛矿薄膜中存在严重的相分离及广泛分布于晶界、界面上的高浓度缺陷，是导致宽带隙钙钛矿薄膜初始辐射效率较低，从而无法实现较高的开路电压和填充因子的主要原因，这严重地影响了宽带隙钙钛矿太阳能电池的转化效率，从而进一步地限制了钙钛矿基叠层器件的应用。

技术实现思路

[0004]针对现有钙钛矿太阳电池性能较差的问题，本专利技术提供了一种使用四氟硼酸胍盐（GuaBF4）作为添加剂的钙钛矿太阳电池的制备方法，从而实现了高质量低缺陷的钙钛矿薄膜的沉积及具有高性能的钙钛矿太阳能电池器件的制备。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：一种钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，包括以下步骤：步骤1，取衬底备用；步骤2，制备第一载流子传输层，所述第一载流子传输层为空穴传输层或电子传输层；步骤3，制备钙钛矿吸光层，在钙钛矿前驱体溶液中加入四氟硼酸胍盐，将混合溶液采用旋涂、刮涂或喷涂任一种加工方式制备得到钙钛矿吸光层；步骤4，制备第二载流子传输层，所述第二载流子传输层为空穴传输层或电子传输层；步骤5，制备背电极。
[0006]进一步地，所述钙钛矿为ABX3结构。其中：A位可以是铯离子（Cs
+
）、甲胺基（MA
+
）或甲脒基（FA
+
）中的任何一种或两种或三种的任意比例混合；B位是铅离子（Pb
2+
）或铅离子（Pb
2+
）与锡离子（Sn
2+
）、铬离子（Cd
2+
）的不同组合；X位可以是碘离子（I
‑
）、溴离子（Br
‑
）和氯离子（Cl
‑
）中的任何一种或两种或者三种的任意比例混合。
[0007]进一步地，四氟硼酸胍盐的加入量为钙钛矿中铅离子摩尔量的0.01%
‑
5%。经过专利技术人实验发现，加入量低于0.1% mol，开路电压的提升不明显；而加入量高于3% mol会导致明显的性能异常。优选地，加入量优选为1.5%mol。
[0008]进一步地，所述背电极为金属电极或透明电极。
[0009]本专利技术所述四氟硼酸胍盐（GuaBF4）由胍阳离子及四氟硼酸根阴离子组成，CAS号为36595
‑
00
‑
3，其结构式如下式所示：。
[0010]在本专利技术中，四氟硼酸胍盐的加入量可以是钙钛矿前驱体中铅离子的0.01%
‑
5%。经过专利技术人实验发现，加入量低于0.1% mol，开路电压的提升不明显；而加入量高于3% mol会导致明显的性能异常。进一步地，加入量优选为1.5%mol。
[0011]在制备钙钛矿薄膜前，将还原剂加至前驱体溶液后，充分搅拌。之后，将前驱体溶液采用旋涂、刮涂或喷涂中的任意一种加工方式即可制备钙钛矿薄膜，在所述旋涂、刮涂或喷涂过程中还可进行反溶剂萃取的步骤。
[0012]与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：1) 本专利技术的方法实现了具有高开路电压和填充因子的钙钛矿太阳电池的制备。
[0013]2) 本专利技术的方法适用钙钛矿的性能提升。
附图说明
[0014]图1为未加入四氟硼酸胍盐与引入四氟硼酸胍盐后制备的钙钛矿薄膜的表征，a为XRD，b为TRPL。
[0015]图2为四氟硼酸胍盐做添加剂与四氟硼酸胍盐做表面钝化后制备的钙钛矿单结电池电流
‑
电压曲线。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明，但不应理解为对本专利技术的限制。在不背离本专利技术精神和实质的情况下，对本专利技术方法、步骤或条件所作的修改或替换，均属于本专利技术的范围。实施例中未注明具体条件的实验方法及未说明配方的试剂均为按照本领域常规条件。
[0017]实施例1本实施例制备了具有1.8 eV的钙钛矿太阳电池。
[0018]1. 利用混合ITO清洗液的去离子水擦洗ITO透明导电衬底，之后用去离子、丙酮、异丙醇等各超声30min，获得清洗干净的ITO透明导电衬底。将清洗干净的ITO透明导电衬底用N2气枪吹干净并用紫外臭氧预处理15
‑
20min。
[0019]2. 在用紫外臭氧预处理完的ITO透明导电衬底上沉积一层空穴传输材料，此处采用的是氧化镍。
[0020]3. 在氮气或氩气等惰性气体的手套箱中按摩尔比称量FA
0.8
Cs
0.2
Pb(I
0.6
Br
0.4
)3的钙钛矿，加入Pb
2+
摩尔量1.5%的添加剂四氟硼酸胍盐（GuaBF4），将称量好的药品溶解在N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液中，DMF和DMSO的体积比为4:1，搅拌2小时，配制成浓度为1.2M的钙钛矿前驱体溶液。在手套箱里，利用一步旋涂法，制备钙钛矿吸光层。
[0021]4. 使用热蒸镀的方法，在高真空环境中在和获得的钙钛矿光吸收层上蒸发20 nm厚的C60之后再蒸发7nm厚的BCP，作为电子传输层。
[0022]5. 最后再热蒸镀一层150 nm的铜作为金属电极。
[0023]之后，在氮气手套箱里，将制备好的钙钛矿太阳能电池进行测试封装。
[0024]对比例1本对比例和实施例1的区别在于未加入四氟硼酸胍盐。
[0025]本实施例制备了具有1.8 eV的钙钛矿太阳电池。
[0026]1. 利用混合ITO清洗液的去离子水擦洗ITO透明导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，取衬底备用；步骤2，制备第一载流子传输层，所述第一载流子传输层为空穴传输层或电子传输层；步骤3，制备钙钛矿吸光层，在钙钛矿前驱体溶液中加入四氟硼酸胍盐，将混合溶液采用旋涂、刮涂或喷涂任一种加工方式制备得到钙钛矿吸光层；步骤4，制备第二载流子传输层，所述第二载流子传输层为空穴传输层或电子传输层；步骤5，制备背电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿结构为ABX3结构，A位为铯离子Cs
+
、甲胺基MA
+
或甲脒基FA
+
中的任意一种或两种或三种的任意比例混合；B位为铅离子Pb
2+

【专利技术属性】
技术研发人员：谭海仁，王玉瑞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：