一种提高二维钙钛矿的层数的方法及其应用技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，主要是一种提高二维钙钛矿的层数的方法及其应用。本发明专利技术将含有PEAI和PEASCN的后处理溶液旋涂于三维钙钛矿表面制备得到准二维/三维钙钛矿，构建了准二维/三维混合钙钛矿结构，提高了表面二维结构的层数，这一结构相较于二维/三维混合钙钛矿结构，改善了载流子传输性能，将上述方法应用于制备钙钛矿电池，提高了钙钛矿电池的短路电流密度和填充因子，从而提高了反式结构钙钛矿电池的效率，得到高效稳定的混合维度反式结构钙钛矿电池。维度反式结构钙钛矿电池。维度反式结构钙钛矿电池。

【技术实现步骤摘要】
一种提高二维钙钛矿的层数的方法及其应用


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，特别是一种提高二维钙钛矿的层数的方法及其应用。

技术介绍

[0002]开发低成本、高效率的太阳能发电技术有益于达成低碳社会发展的目标。金属卤化钙钛矿太阳能电池是一种新型的光伏技术，同时具备制备成本低和转换效率高的特点。反结构(p
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n)钙钛矿电池效率相对较低，目前最高效率仅为23.9％。近年来，二维/三维混合维度钙钛矿电池受到了广泛研究，因为其兼具了三维钙钛矿的高效率和二维钙钛矿的稳定性，通常来说，这种混合维度钙钛矿的制备是通过在三维钙钛矿表面旋涂一层大尺寸有机阳离子实现的，二维钙钛矿在三维钙钛矿表面形成并将三维钙钛矿与电荷传输层分隔开。二维钙钛矿是由大尺寸有机阳离子层和无机层构成的，有机层的有效带隙远大于无机层，充当绝缘屏障，无机层则成为各自孤立的半导体片，因此激子被限域在二维无机层中，所以这种二维钙钛矿结构会阻碍电子的传输和收集。因此，提高低维钙钛矿中无机层的层数可以有效提高载流子传输能力。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种提高二维钙钛矿的层数的方法，并将其应用于钙钛矿太阳能电池中。
[0004]为达到此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0005]本专利技术的第一方面提供一种提高二维钙钛矿的层数的方法，具体技术方案如下：
[0006]一种提高二维钙钛矿的层数的方法，将含有PEAI和PEASCN的后处理溶液旋涂于三维钙钛矿表面制备得到准二维/三维钙钛矿。
[0007]本专利技术中所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液中PEAI和PEASCN的化学计量摩尔比为1:1。
[0008]本专利技术中所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液中所用溶剂为异丙醇。
[0009]本专利技术中所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液的制备方法为将PEAI和PEASCN混合，搅拌溶解于有机溶剂中。
[0010]本专利技术中所述制备还包括旋涂完成后的退火处理。
[0011]本专利技术的第二方面提供上述的提高二维钙钛矿的层数的方法在钙钛矿太阳能电池上的应用。
[0012]本专利技术的第三方面提供一种准二维/三维钙钛矿电池器件，从下到上依次包括导电基底、空穴传输层、准二维/三维钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层和金属电极层，所述准二维/三维钙钛矿层由三维钙钛矿薄膜采用上述的提高二维钙钛矿的层数的方法处理得到。
[0013]本专利技术中所述导电基底为ITO导电玻璃基板、FTO导电玻璃基板中任一种；
[0014]本专利技术中所述空穴传输层为NiOx、PTAA、2PACz中任一种；
[0015]本专利技术中所述电子传输层为C60、PCBM、ZnO中任一种；
[0016]本专利技术中所述电子阻挡层为BCP；
[0017]本专利技术中所述金属电极层为Ag、Cu、Au中任一种。
[0018]本专利技术的第四方面提供所述的准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，包括以下步骤：
[0019]步骤一、在导电基底表面上组装空穴传输层；
[0020]步骤二、将钙钛矿前驱体溶液旋涂在组装有空穴传输层的导电基底表面，退火处理，得到三维钙钛矿薄膜；
[0021]步骤三、将配制好的后处理溶液旋涂在步骤二制得的三维钙钛矿薄膜上，退火处理，得到准二维/三维钙钛矿薄膜；
[0022]步骤四、在步骤三制得的准二维/三维钙钛矿薄膜上制备电子传输层；
[0023]步骤五、在步骤四所得电子传输层上制备电子阻挡层；
[0024]步骤六、在步骤五所得的电子阻挡层上制备金属电极，得到准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件。
[0025]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0026]本专利技术提供了一种提高二维钙钛矿的层数的方法，通过混合PEAI和PEASCN制备后处理溶液，然后旋涂在三维钙钛矿表面构建了准二维/三维混合钙钛矿结构，提高了表面二维结构的层数，这一结构相较于二维/三维混合钙钛矿结构，改善了载流子传输性能，将上述方法应用于制备钙钛矿电池，提高了钙钛矿电池的短路电流密度和填充因子，从而提高了反式结构钙钛矿电池的效率，得到高效稳定的混合维度反式结构钙钛矿电池。
附图说明
[0027]图1为实施例1制得的准二维/三维混合维度的钙钛矿薄膜与对比例1制得的二维/三维混合维度的钙钛矿薄膜的GIWAXS图。
[0028]图2为对比例2制得的钙钛矿薄膜的GIWAXS图。
[0029]图3为实施例2制得的准二维/三维混合维度的反结构钙钛矿电池与对比例3制得的二维/三维混合维度的反结构钙钛矿电池的J
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V图。
具体实施方式
[0030]下面详细说明本专利技术提高二维钙钛矿的层数的方法及其在钙钛矿太阳能电池上的应用。
[0031]基于微观晶体结构的不同，金属卤化物钙钛矿可分为零维、一维、二维和三维等。二维钙钛矿材料具有有机胺层与无机层(金属卤化物晶体)之间相互交替的低维(层状)结构，其中被有机胺隔开的金属卤化物无机层中八面体的层数n越小，钙钛矿越接近二维结构。相比传统三维钙钛矿结构，低维钙钛矿材料应用于光伏器件具有两大优势：(1)耐湿性、光热稳定性大大增强；(2)可以通过改变n和插入的有机胺的种类来实现光学及电学性质的可调性。然而，低维钙钛矿具有较大的光学带隙，有机胺的引入降低了载流子迁移率，导致低维钙钛矿电池的效率明显低于三维钙钛矿电池。
[0032]本专利技术的第一方面提供一种提高二维钙钛矿的层数的方法，将含有PEAI和PEASCN的后处理溶液旋涂于三维钙钛矿表面制备得到准二维/三维钙钛矿。
[0033]准二维钙钛矿采用大体积有机组分大幅取代小分子有机组分，破坏原有三维架构，形成稳定的准二维架构，准二维钙钛矿的无机层数大于或等于2，与三维钙钛矿有更好的能级匹配，有利于载流子的传输。苯乙胺氢碘酸盐，简写作PEAI，PEAI的后处理溶液在三维钙钛矿表面形成的二维钙钛矿可以钝化表面缺陷，而PEAI的阳离子上的疏水苯环能够起到隔绝水汽的作用从而极大地提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率与稳定性；苯乙胺硫氰酸盐，简写作PEASCN，PEASCN的后处理溶液旋涂在三维钙钛矿表面无法形成二维或准二维钙钛矿。本专利技术提供的方法采用含有PEAI和PEASCN的后处理溶液旋涂于三维钙钛矿表面，制备得到的准二维/三维钙钛矿。
[0034]本专利技术中所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液中PEAI和PEASCN的化学计量摩尔比为1:1。
[0035]本专利技术中所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液中所用溶剂为异丙醇。
[0036]本专利技术中所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液的制备方法为将PEAI和PEASCN混合，搅拌溶解于有机溶剂中。
[0037]本专利技术中所述制备还包括旋涂完成后的退火处理。
[0038]本专利技术的第二方面提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高二维钙钛矿的层数的方法，其特征在于，将含有PEAI和PEASCN的后处理溶液旋涂于三维钙钛矿表面制备得到准二维/三维钙钛矿。2.如权利要求1所述的提高二维钙钛矿的层数的方法，其特征在于，还包括以下特征中的一项或几项：(1)所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液中PEAI和PEASCN的化学计量摩尔比为1:1；(2)所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液中所用溶剂为异丙醇；(3)所述含有PEAI和PEASCN的后处理溶液的制备方法为将PEAI和PEASCN混合，搅拌溶解于有机溶剂中；(4)所述制备还包括旋涂完成后的退火处理。3.如权利要求1或2所述的提高二维钙钛矿的层数的方法在钙钛矿太阳能电池上的应用。4.一种准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件，从下到上依次包括导电基底、空穴传输层、准二维/三维钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层和金属电极层，所述准二维/三维钙钛矿层由三维钙钛矿薄膜采用如权利要求1所述的提高二维钙钛矿的层数的方法处理得到。5.如权利要求4所述的准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，包括以下特征中的一项或几项：1)所述导电基底为ITO导电玻璃基板、FTO导电玻璃基板中任一种；2)所述空穴传输层为NiO
x
、PTAA、2PACz中任一种；3)所述电子传输层为C
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、PCBM、ZnO中任一种；4)所述电子阻挡层为BCP；5)所述金属电极层为Ag、Cu、Au中任一种。6.如权利要求5所述的准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于，还包括以下特征中的一项或几项：3a)所述电子传输层为C
60
，其厚度为20～30nm；4a)所述电子阻挡层为BCP，其厚度为5～10nm；5a)所述金属电极层为Ag，其厚度为100～150nm。7.如权利要求4～6任一项所述的准二维/三维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：步骤一、在导电基底表面上组装空穴传输层；步骤二、将钙钛矿前驱体溶液旋涂在组装有空穴传输层的导电基底表面，退火处理，得到三维钙钛矿薄膜；步骤三、将配制好的后处理溶液旋涂在步骤二制得的三维钙钛矿薄膜上，退火处理，得到准二维/三维钙钛矿薄膜；步骤四、在步骤三制得的准二维/三维钙钛矿薄膜上制备电子传输层；步骤五、在步骤四所得电子传输层上制备电子阻挡层；步骤六、在步骤五所得的电子阻挡层上制备金属电极，得到混合维度的准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件。8.如权利要求7所述的准二维/三维钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，还...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁志军，周麒麟，姜显园，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：