高品质钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿活性层、太阳电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高品质钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿活性层、太阳电池及制备方法，所制备的高品质钙钛矿溶液为添加碘单质特殊还原剂如甲酸钠、维生素C及二乙基二硫代氨基甲酸铵的前驱体溶液，该溶液的保质期大大提升；本发明专利技术通过利用特殊还原剂还原前驱体溶液中产生的碘单质，从而减少由前驱体溶液中杂质在钙钛矿活性层诱生的非辐射复合中心的浓度，获得光电转换效率、开路电压提高的钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术中利用上述还原剂作为前驱体溶液添加剂来制备钙钛矿太阳电池的方法工艺简单有效，对于制备高效、低成本的钙钛矿太阳电池具有重要的实用价值。有重要的实用价值。

【技术实现步骤摘要】
高品质钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿活性层、太阳电池及制备方法


[0001]本专利技术所属钙钛矿光伏领域，具体涉及一种高品质钙钛矿溶液配方及高性能钙钛矿太阳电池的制备方法。

技术介绍

[0002]在钙钛矿太阳能电池的制备中，前驱体溶液的品质对于高效的钙钛矿太阳电池制备至关重要。前驱体溶液在长期使用条件下，溶液中的碘离子易被光照或氧气氧化成碘单质，从而在钙钛矿活性层薄膜中诱生非辐射复合中心，从而使得器件性能变差；这也导致钙钛矿溶液的长期储存条件变得苛刻，大部分情况下溶液需要现配现用。
[0003]通过前驱体溶液现配现用的方法，可以减轻前驱体溶液中的杂质对钙钛矿薄膜质量的影响。然而，采用溶液现配现用制备钙钛矿活性层的方法，不利用钙钛矿大规模的生产；且理论上，溶液一旦配置完成，在光照或暴露空气情况下，碘单质的形成已部分发生，从缺陷角度来说，已能造成对电池性能的极大影响。因此，控制前驱体溶液中的杂质，对提高钙钛矿太阳能电池的光电性能及钙钛矿电池的商业化至关重要。

技术实现思路

[0004]针对用钙钛矿前驱体溶液中的碘离子易被光照或氧气氧化成碘单质问题，本专利技术旨在提出一种高品质钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿活性层、太阳电池及制备方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案具体如下：
[0006]一种高品质钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿为ABX3结构，其中，A为阳离子，如MA
+
、FA
+
、Cs
+
等，B为金属阳离子，一般为铅离子，X为卤族阴离子，包含碘离子，所述高品质钙钛矿前驱体溶液中包含碘单质还原剂。
[0007]进一步地，碘单质还原剂为甲酸钠HCOONa、维生素C VC及二乙基二硫代氨基甲酸铵C5H
14
N2S3中的一种或多种按任意比例混合组成。
[0008]进一步地，碘单质还原剂的添加量为钙钛矿摩尔量的0.5％
‑
1.5％。
[0009]进一步地，所述高品质钙钛矿的组分为Cs
x
MA
y
FA1‑
x
‑
y
PbI
z
Br3‑
z
，带隙为1.45
‑
1.80eV。
[0010]进一步地，所述高品质钙钛矿前驱体溶液包含钙钛矿阳离子溶液和卤化铅PbX2溶液，其中钙钛矿阳离子溶液包含碘单质还原剂。
[0011]一种高品质钙钛矿活性层的制备方法，具体为：
[0012]一步法：将上述高品质钙钛矿前驱体溶液旋涂或刮涂在基底上，利用反溶剂、吹气或抽真空的方法使高品质钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿中间相，随后热处理获得高品质钙钛矿活性层；
[0013]或两步法：将卤化铅溶液旋涂或刮涂在基底上，利用吹气或抽真空的方法使卤化铅溶液形成卤化铅PbX2中间相，随后热处理制得卤化铅PbX2膜，冷却后将钙钛矿阳离子溶液
旋涂或刮涂在卤化铅PbX2膜上，利用吹气或抽真空的方法使溶液形成钙钛矿中间相，随后热处理制得高品质钙钛矿活性层。
[0014]进一步地，热处理的条件为：100
‑
170℃热处理10
‑
60min。
[0015]所述高品质钙钛矿前驱体溶液中，高品质钙钛矿的摩尔浓度为1.2～2mol/L。
[0016]所述钙钛矿阳离子溶液中，钙钛矿阳离子的摩尔浓度为0.6～1.0mol/L。
[0017]所述高品质钙钛矿活性层的厚度为300
‑
1000nm。
[0018]一种高品质钙钛矿太阳电池，所述高品质钙钛矿太阳电池为正型器件结构，从下至上包括：透明导电玻璃、电子传输层、前述制备方法制备获得的钙钛矿活性层、空穴传输层和电极层。
[0019]一种高品质钙钛矿太阳电池的制备方法，具体包括以下步骤：
[0020](1)在透明导电玻璃上制备电子传输层；
[0021](2)利用前述制备方法在电子传输层上制备高品质钙钛矿活性层；
[0022](3)在高品质钙钛矿活性层上依次制备空穴传输层和金属电极层，获得高品质钙钛矿层太阳电池。
[0023]进一步地，所述的透明导电玻璃(包括玻璃基底和透明导电电极)为ITO或FTO透明导电玻璃，其方块电阻为5～15Ω，透光率为80～90％，导电玻璃的厚度为1～3mm，导电电极材料的厚度为150～300nm。
[0024]进一步地，所述的电子传输层为二氧化锡或二氧化钛无机金属氧化物，厚度为30～100nm。
[0025]进一步地，所述的电子传输层为二氧化锡，通过如下方法制备：
[0026]将二氧化锡纳米晶溶液与去离子水混合配置成均匀的前驱体溶液，其中，二氧化锡纳米晶溶液的质量分数为2.5％
‑
20％。
[0027]将前驱体溶液旋涂在基底上，在2000
‑
5000rmp的转速下旋涂25
‑
40s，随后在60
‑
80℃下预热5
‑
10min，在130
‑
200℃下退火30
‑
60min，得到二氧化锡电子传输层。
[0028]进一步地，所述的空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD，厚度为100～200nm。
[0029]其制备方法为：将spiro
‑
OMeTAD混合溶液滴在钙钛矿薄膜表面，以3000
‑
5000rpm转速旋涂25
‑
35s；
[0030]进一步地，所述的Spiro
‑
OMeTAD为掺杂TBP和锂盐的Spiro
‑
OMeTAD。
[0031]进一步地，所述的Spiro
‑
OMeTAD为掺杂TBP和锂盐的Spiro
‑
OMeTAD混合溶液由将72.3mg spiro
‑
OMeTAD、17.5uL浓度为520mg/mL的双酰亚胺锂的乙腈液和28.8uL TBP加入1mL氯苯溶剂中制成。
[0032]进一步地，电极层为80
‑
140nm金电极或银电极。
[0033]进一步地，制备钙钛矿活性层的环境湿度≤50％。
[0034]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0035]通过向钙钛矿阳离子溶液中添加碘单质还原剂，将前驱体溶液中的碘单质还原成了碘离子，该溶液的保质期大大提升，同时降低了钙钛矿薄膜中的非辐射复合中心的密度，该方法可以同时有效地提高器件的光电转换效率、开路电压。本专利技术中利用碘单质还原剂提高钙钛矿太阳能电池光电性能的制备工艺简单，对于制备高效、低成本的钙钛矿太阳能电池具有重要的实用价值。
附图说明
[0036]图1为本专利技术实施例中钙钛矿太阳能电池的器件结构；
[0037]图2为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高品质钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿的卤族阴离子包含碘离子，所述高品质钙钛矿前驱体溶液中包含碘单质还原剂。2.根据权利要求1所述高品质钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述碘单质还原剂为甲酸钠HCOONa、维生素C VC及二乙基二硫代氨基甲酸铵C5H
14
N2S3中的一种或多种按任意比例混合组成。3.根据权利要求1所述高品质钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，碘单质还原剂的添加量为钙钛矿摩尔量的0.5％
‑
1.5％。4.根据权利要求1所述高品质钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述高品质钙钛矿前驱体溶液包含钙钛矿阳离子溶液和卤化铅PbX2溶液，其中钙钛矿阳离子溶液包含碘单质还原剂。5.一种高品质钙钛矿活性层的制备方法，其特征在于，具体为：一步法：将权利要求1
‑
3任一项所述高品质钙钛矿前驱体溶液旋涂或刮涂在基底上，利用反溶剂、吹气或抽真空的方法使高品质钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿中间相，随后热处理获得高品质钙钛矿活性层；或两步法：将卤化铅溶液旋涂或刮涂在基底上，利用吹气或抽真空的方法使卤化铅溶液形成卤化铅PbX2中间相，随后热处理制得卤化铅PbX2膜，冷却后将钙钛矿阳离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学功，杭鹏杰，李彪，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：