一种锡基钙钛矿电池的制备方法技术

本发明专利技术公开一种锡基钙钛矿电池的制备方法，包括以下制备步骤：在导电玻璃基板上设置空穴传输层；向FA

【技术实现步骤摘要】
一种锡基钙钛矿电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及光伏材料
，具体涉及一种锡基钙钛矿电池的制备方法。

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿太阳能电池经过10多年的飞速发展，从2009年首次报道以来，到2022年其光电转换效率达到25.7％，达到了单晶硅太阳能电池效率的95％，具有优秀的光电性能。其发展迅速归于其制备工艺简单、制作成本低廉、带隙具备可调性、高的载流子扩散长度和高的吸收系数等优点，被认为是高效太阳能电池(PSCs)的候选材料之一，在光伏领域具有潜在的应用价值。然而，铅基钙钛矿的降解产物对环境、人类和其他物种有毒，这极大阻碍了该技术的商业化。
[0003]因此，无毒无铅钙钛矿吸光剂近年来备受关注。其中锡被认为是铅的毒性较小的替代品，通过锡部分或完全取代有毒铅来制备卤化铅钙钛矿的化学成分工程已被广泛报道为一种可行的方法。此外，锡基钙钛矿的光学禁带范围为1.2～1.4eV，非常接近AM1.5太阳光谱23下Shockley
‑
Queisser(SQ)极限的最佳禁带宽度(1.34eV)。然而锡基PSCs也存在两个问题：一是其前驱体溶液中的Sn
2+
极其容易被氧化Sn
4+
并且制备成薄膜后在空气中也极其不稳定，第二是在薄膜结晶过程中，由于Sn基钙钛矿结晶速率过快，从而导致薄膜表面非常粗糙。如何提供一种稳定性好且表面具有光滑膜层的锡基钙钛矿电池是目前亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的是提出一种锡基钙钛矿电池的制备方法，旨在解决现有锡基钙钛矿电池不稳定，容易被氧化且薄膜表面粗糙的问题
[0005]为实现上述目的，本专利技术提出的一种锡基钙钛矿电池的制备方法，所述锡基钙钛矿电池的制备方法包括以下制备步骤：
[0006]在导电玻璃基板上设置空穴传输层；
[0007]向FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液中加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液，其中， 0<x<1，0<y<1；
[0008]在所述空穴传输层上设置钙钛矿前驱体层；
[0009]在所述钙钛矿前驱体溶液层上由下至上依次设置电子传输层、缓冲层和背电极层，获得锡基钙钛矿电池。
[0010]可选地，向所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液中加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液的步骤中，所述碳酰肼与所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液的体积比为 (0.01～0.03)：1。
[0011]可选地，向所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液中加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液的步骤包括：
[0012]将碘化铅、碘化亚锡、甲脒氢碘酸盐和碘甲胺溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，在保护气体下震荡2～2.5h，获得FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液，向所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液
加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液。
[0013]可选地，所述保护气体包括氮气。
[0014]可选地，在所述空穴传输层上设置钙钛矿前驱体层的步骤包括：
[0015]在所述空穴传输层上滴加钙钛矿前驱体溶液，以1000～1500转/s的转速旋涂10～15s，滴加反溶剂，再以3500～4000转/s的转速旋涂20～30s，在 100～110℃的条件下，退火处理10～15min，以在所述空穴传输层上形成钙钛矿前驱体层。
[0016]可选地，所述反溶剂包括氯苯和/或乙酸乙酯。
[0017]可选地，在导电玻璃基板上设置空穴传输层的步骤包括：
[0018]用溶剂清洗导电玻璃基板，在紫外臭氧环境下处理15～20min，在 3500～4000转/s的转速下将PEDOT:PSS(Al 4083)旋涂在所述导电玻璃基板上，在140～150℃的条件下退火处理10～15min，以在所述导电玻璃基板上形成空穴传输层。
[0019]可选地，所述溶剂包括丙酮、异丙醇、乙醇和超纯水中的任意一种。
[0020]可选地，在所述钙钛矿前驱体溶液层上由下至上依次设置电子传输层、缓冲层和背电极层的步骤包括：
[0021]用有机蒸镀仪在所述钙钛矿前驱体溶液层上蒸镀电子传输层，冷却后，再采用有机蒸镀仪在所述电子传输层上蒸镀缓冲层，冷却后，用金属蒸镀仪在所述缓冲层上蒸镀背电极层，获得锡基钙钛矿电池。
[0022]可选地，所述电子传输层的材质包括C60；和/或，
[0023]所述缓冲层的材质包括2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
二苯基
‑
1,10
‑
菲咯啉；和/或，
[0024]所述背电极层的材质包括Ag。
[0025]本专利技术提供的技术方案，制备方法简单，易于操作，通过该方法制备出来的锡基钙钛矿电池稳定性更高，使用寿命更长，转化效率更加高；在制备过程中，向钙钛矿前驱体溶液中掺杂碳酰肼，能够抑制钙钛矿前驱体溶液中的Sn
2+
被空气氧化物氧化，从而提高制备的锡基钙钛矿电池稳定性，延长使用寿命，同时碳酰肼的氨基和羰基还能够与钙钛矿前驱体溶液中游离的Sn
2+
和游离的Pb
2+
离子之间相互作用，从而能够调节结晶速率，避免钙钛矿前驱体层结晶速率过快，导致其膜层表面粗糙。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
[0027]图1为本专利技术提供的锡基钙钛矿电池的制备方法的一实施例的流程示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例1中步骤(2)制备的钙钛矿前驱体溶液和对比例制备的钙钛矿前驱体溶液置于空气中24h后的图(左侧为实施例1，右侧为实施例 2)；
[0029]图3为本专利技术的实施例1中步骤(3)制备的钙钛矿前驱体层的SEM截面图；
[0030]图4为本专利技术的对比例步骤(3)制备的钙钛矿前驱体层的SEM截面图；
[0031]图5为本专利技术的实施例1中步骤(3)制备的钙钛矿前驱体层暴露空气中5 天后的SEM图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锡基钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：在导电玻璃基板上设置空穴传输层；向FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液中加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液，其中，0<x<1，0<y<1；在所述空穴传输层上设置钙钛矿前驱体层；在所述钙钛矿前驱体溶液层上由下至上依次设置电子传输层、缓冲层和背电极层，获得锡基钙钛矿电池。2.如权利要求1所述的锡基钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，向所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液中加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液的步骤中，所述碳酰肼与所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液的体积比为(0.01～0.03)：1。3.如权利要求1所述的锡基钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，向所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液中加入碳酰肼，获得钙钛矿前驱体溶液的步骤包括：将碘化铅、碘化亚锡、甲脒氢碘酸盐和碘甲胺溶于N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，在保护气体下震荡2～2.5h，获得FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液，向所述FA
x
MA1‑
x
Pb
y
Sn1‑
y
I3溶液加入碳酰肼，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李望南，杜红强，卢少娟，刘鎏，陈美华，梁桂杰，库治良，刘德政，黄福志，
申请(专利权)人：湖北文理学院，
类型：发明
国别省市：