基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法技术

本发明专利技术提供了一种基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，包括如下步骤：清洗FTO导电玻璃基底；在FTO导电玻璃基底上制备TiO2电子传输层；采用DMSO作为溶剂来配制钙钛矿前驱液，并在前驱液中添加PDI2作为结晶调控剂；将配制好的钙钛矿前驱液通过旋涂法制备在完成的电子传输层上，然后采用阶梯式退火方法制得钙钛矿吸光层薄膜；在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；在空穴传输层上蒸镀电极。本发明专利技术通过引入PDI2进行成核速率和晶核分布调控，可以有效降低钙钛矿薄膜的表面缺陷，提升薄膜表面湿度稳定性和热稳定性，从而增强钙钛矿太阳电池的稳定性和效率。矿太阳电池的稳定性和效率。矿太阳电池的稳定性和效率。

【技术实现步骤摘要】
基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法


[0001]本专利技术涉及太阳电池
，尤其涉及一种基于结晶调控提高无机钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法。

技术介绍

[0002]太阳能电池是利用光电转化原理使太阳的辐射光通过半导体材料转变为电能的一种器件，又称为光伏电池。近年来，随着政府政策引导和政策激励，具有可再生无污染的太阳能在整个能源结构中占据越来越大的比重，由此，研发高效、稳定、低成本的太阳电池是发展光伏产业的基础。
[0003]由于钙钛矿太阳电池具有低加工成本、光吸收系数高、光电转换效率高、结构简单等优点，可广泛应用于军事、工业、商业等领域。然而，由于有机金属卤化物在潮湿的光照条件下很容易分解，使得电池效率下降，甚至失效。因此，为了实现钙钛矿太阳电池商业化的目标，除了高的能量转换效率，电池的稳定性也是亟待解决的问题。
[0004]结晶动力学调控作为改善无机钙钛矿太阳电池性能的方法之一，采用成核速率和晶核分布调控的方法来提高无机钙钛矿太阳电池的稳定性简单高效，对未来的发展具有重要意义。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于结晶调控提高无机钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，该方法通过引入PDI2进行成核速率和晶核分布调控，可以有效的降低钙钛矿薄膜的表面缺陷，提升薄膜表面湿度稳定性和热稳定性，从而增强钙钛矿太阳电池的稳定性和效率。
[0006]本专利技术采用以下技术方案解决上述技术问题：
[0007]一种基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，包括如下步骤：
[0008](1)清洗FTO导电玻璃基底；
[0009](2)在FTO导电玻璃基底上制备TiO2电子传输层；
[0010](3)采用二甲基亚砜DMSO作为溶剂来配制钙钛矿前驱液，并在所述钙钛矿前驱液中添加PDI2作为结晶调控剂；
[0011](4)将步骤(3)配制好的钙钛矿前驱液，通过旋涂法制备在步骤(2)完成的电子传输层上，然后采用阶梯式退火方法，即先100℃退火5min，再180℃退火20min，最终制得钙钛矿吸光层薄膜；
[0012](5)在完成步骤(4)后的钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；
[0013](6)在空穴传输层上蒸镀电极。
[0014]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(1)中，清洗FTO导电玻璃的流程为：将FTO玻璃放入含洗涤剂的自来水中超声15min，然后依次采用丙酮、乙醇、超纯水分别超声15min，最后取出采用气枪吹干。
[0015]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(2)中，在FTO导电玻璃上制备TiO2电子传输层的方法为化学浸泡沉积法，方法为：先将FTO玻璃放入TiCl4溶液中70℃浸泡50min，再用酒精清洗表面并用气枪吹干后在200℃下退火30min。
[0016]作为本专利技术的优选方式之一，所述TiCl4溶液的制备方法为：将4.5mL的TiCl4溶液滴入200mL去离子冰水中，放置室温中，直至融化。
[0017]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(3)中，前驱液结晶按照PDI2‑
CsPbI3配比进行配制，且浓度为1.4M。
[0018]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(4)中，旋涂工艺为：旋涂转速5000rpm/min，旋涂时间30s；其中，当旋涂进行到20～25s时，滴加300μL乙酸乙酯，旋涂结束后退火处理。
[0019]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(5)中，空穴传输层选择Spiro
‑
OMeTAD，首先将Spiro
‑
OMeTAD溶于75mg/mL氯苯溶液，并加入TBP、Li盐和Co盐；旋涂工艺为：旋涂转速3000rpm/min，旋涂时间30s。
[0020]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(6)中，空穴传输层上表面蒸镀80～100nm的电极。
[0021]作为本专利技术的优选方式之一，所述电极为金电极。
[0022]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(3)在氮气手套箱中完成，步骤(4)、步骤(5)均在干燥空气手套箱中完成。
[0023]作为本专利技术的优选方式之一，所述步骤(6)后，还包括步骤(7)：在FTO导电玻璃上还另外设置电极作为阴极。
[0024]本专利技术相比现有技术的优点在于：
[0025](1)本专利技术通过在钙钛矿前驱液中引入PDI2进行晶体成核过程的调控，(PDI2分子有效抑制了缺陷位点的电荷复合)能够大大提升钙钛矿薄膜表面的湿度稳定性和热稳定性，从而有效提高电池器件的环境稳定性；
[0026](2)本专利技术通过在钙钛矿层中引入PDI2进行结晶动力学调控，(PDI2的引入提高了成核速率，增加了晶核分布的均匀性)最终有效降低了薄膜缺陷密度，延长光生成载流子的寿命，提升钙钛矿太阳电池的光电转换效率。
附图说明
[0027]图1是本专利技术实施例1的无机钙钛矿太阳电池结构原理示意图；
[0028]图2是本专利技术经PDI2结晶调控的无机矿太阳电池器件与未经PDI2调控的无机矿太阳电池器件的电流密度与电压关系图；
[0029]图3是本专利技术对比例1的未经PDI2调控的钙钛矿薄膜扫描电镜图(SEM图)；
[0030]图4是本专利技术实施例1的经PDI2结晶调控的钙钛矿薄膜扫描电镜图(SEM图)；
[0031]图5是本专利技术对比例1的未经PDI2调控的钙钛矿薄膜放置在环境条件下老化3个月后的宏观图片；
[0032]图6是本专利技术实施例1的经PDI2结晶调控的钙钛矿薄膜放置在环境条件下老化3个月后的宏观图片；
[0033]图7是本专利技术对比例1的未经PDI2调控的钙钛矿薄膜在老化3个月前后，对应的薄
膜XRD测试结果对比图；
[0034]图8是本专利技术实施例1的经PDI2结晶调控的钙钛矿薄膜在老化3个月前后，对应的薄膜XRD测试结果对比图。
具体实施方式
[0035]下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。
[0036]实施例1
[0037]本实施例的一种基于PDI2结晶调控的无机钙钛矿太阳能电池器件，其结构如图1所示，从上至下依次包括：电极(Au)、空穴传输层(Spiro
‑
OMeTAD)、钙钛矿吸光层(PDI2‑
CsPbI3)、电子传输层(TiO2)和导电玻璃(FTO)；其中，空穴传输层上的电极(Au)作为阳极，FTO导电玻璃上还另外设置电极(Au)作为阴极。
[0038]该电池制备方法简单，包括如下步骤：
[0039](1)将FTO玻璃放入含洗涤剂的自来水中超声15min，然后依次采用丙酮、乙醇、超纯水分别超声15min，最后取出采用气枪吹干，得到清洗后的FTO导电玻璃。
[0040](2)对清洗后的FTO导电玻璃基底进行3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)清洗FTO导电玻璃基底；(2)在FTO导电玻璃基底上制备TiO2电子传输层；(3)采用二甲基亚砜DMSO作为溶剂来配制钙钛矿前驱液，并在所述钙钛矿前驱液中添加PDI2作为结晶调控剂；(4)将步骤(3)配制好的钙钛矿前驱液，通过旋涂法制备在步骤(2)完成的电子传输层上，然后采用阶梯式退火方法，即先100℃退火5min，再180℃退火20min，最终制得钙钛矿吸光层薄膜；(5)在完成步骤(4)后的钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；(6)在空穴传输层上蒸镀电极。2.根据权利要求1所述的基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，清洗FTO导电玻璃的流程为：将FTO玻璃放入含洗涤剂的自来水中超声15min，然后依次采用丙酮、乙醇、超纯水分别超声15min，最后取出采用气枪吹干。3.根据权利要求1所述的基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在FTO导电玻璃上制备TiO2电子传输层的方法为化学浸泡沉积法，方法为：先将FTO玻璃放入TiCl4溶液中70℃浸泡50min，再用酒精清洗表面并用气枪吹干后在200℃下退火30min。4.根据权利要求3所述的基于结晶调控提高钙钛矿太阳能电池环境稳定性的方法，其特征在于，所述TiCl4溶液的制备方法为：将4.5mL的TiCl4溶液滴入200mL去离...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘旭，刘国震，郭天乐，张立颖，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：