一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于光电子材料与器件技术领域，解决了甲脒基准二维钙钛矿薄膜极易转变为黄色非钙钛矿相，降低薄膜的稳定性和器件效率的技术问题。本发明专利技术公开的制备方法，利用不对称的手性有机胺作为准二维钙钛矿太阳能电池的间隔阳离子，形成一维钙钛矿，稳定了α相甲脒钙钛矿，原位钝化钙钛矿，实现了高效率和高稳定性的准二维钙钛矿太阳能电池，挖掘了手性有机胺分子在钙钛矿领域的巨大潜力；制备得到的手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池光的电转换效率＞20％，在保持稳定性的前提下进一步提升效率，大大推进了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。阳能电池的商业化进程。阳能电池的商业化进程。

【技术实现步骤摘要】
一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光电子材料与器件
，具体涉及一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]金属卤化物钙钛矿由于其优异的光伏性能和较低的制造成本，已显示出巨大的应用前景。有机
‑
无机杂化三维(Three dimensional，3D)钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已超过25％，可以与商业化的晶硅太阳能电池相媲美，但是材料固有的不稳定性以及对水、热、氧、紫外光等环境因素的敏感性仍然是限制其商业化应用的主要瓶颈。相比之下，具有天然量子阱结构的准二维(Two dimensional，2D)钙钛矿因其优异的环境稳定性和结晶性而受到越来越多的关注。
[0003]准2D钙钛矿材料可以看作是通过离子半径较大的有机胺离子的引入，将三维钙钛矿沿着<110>方向切割，单层(二维n＝1)或多层(准二维1<n<∞)无机部分被离子半径较大的有机胺离子包裹起来，形成类似Ruddlesden
–
Popper的结构，其结构通式一般为R2A
n
‑1M
n
X
3n+1
，其中R为离子半径较大的胺离子，A为Cs
+
、甲胺离子(MA
+
)或甲脒离子(FA
+
)等较小的离子，M为Pb
2+
或Sn
2+
，X为卤素离子(Cl
‑
、Br
‑
和I
‑
)。近年来，准2D钙钛矿太阳能电池的性能不断提高，光电转换效率从4.73％快速发展到超过20％。然而，准2D钙钛矿电池的效率仍远低于相应的3D钙钛矿，因此，在保持稳定性的前提下进一步提升效率，是准2D钙钛矿太阳能电池研究面临的关键问题。
[0004]在3D钙钛矿中，甲脒基钙钛矿FAPbI3相较于甲胺基钙钛矿MAPbI3具有更小的带隙和更高的热稳定性。因此，将准2D钙钛矿材料中的甲胺基用甲脒基取代，有望降低2D钙钛矿的带隙，进一步提高光电流，从而获得更高的光电转换效率。然而FAPbI3在室温下会从光活性的黑相(α相)转变成非光活性的黄相(δ相)，进而造成材料降解及电池性能衰减。因此，稳定的α相甲脒基准二维钙钛矿的获得是制备高效准二维钙钛矿的关键。现在使用的有机大分子多是具有对称结构的有机胺，基于此制备的准二维钙钛矿薄膜，其晶体多为无定向生长，α相不稳定易转变成为黄相，降低了薄膜的稳定性和器件效率。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，用以解决甲脒基准二维钙钛矿薄膜极易转变为黄色非钙钛矿相而导致薄膜的稳定性和器件效率降低的技术问题。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术公开了一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将脂肪酸和手性胺分子混合后通过一歩酸碱反应，得到手性拟卤素胺盐；将手
性拟卤素胺盐、碘化铅、甲脒碘碘化铯溶解在N,N
‑
二甲基乙酰胺溶液中，搅拌后，得到钙钛矿前驱体溶液；
[0009]S2：在导电玻璃表面涂覆空穴传输材料，得到具有空穴传输层的导电玻璃；在具有空穴传输层的导电玻璃的表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，随后进行热处理，得到具有活性层的导电玻璃；在具有活性层的导电玻璃的表面依次涂覆电子传输层、修饰层和金属电极，得到一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池。
[0010]进一步地，S1中，所述脂肪酸为甲酸、醋酸、丙酸和丙烯酸中的任意一种；所述手性胺分子为S
‑1‑
苯乙胺，R
‑1‑
苯乙胺，R
‑1‑
(4
‑
氟苯基)乙胺或S
‑1‑
(4
‑
氟苯基)乙胺中的任意一种；
[0011]所述手性拟卤素胺盐的制备方法为：将手性胺分子和脂肪酸按照摩尔比为(1：1)～(1：1.2)混合，在冰水浴条件下搅拌2h后进行一歩酸碱反应，得到手性拟卤素胺盐。
[0012]进一步地，S1中，所述手性拟卤素胺盐、碘化铅、甲脒碘的化学计量比按照结构通式R2(FA)
n
‑1Pb
n
X
3n+1
选取，其中R代表手性胺分子，n＝3、4或5；所述钙钛矿前躯体溶液的质量浓度为200mL～300mg/mL。
[0013]进一步地，S1中，所述碘化铯的用量为3mg～7mg。
[0014]进一步地，S2中，所述导电玻璃的类型为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃；所述空穴传输材料为PEDOT：PSS；所述涂覆空穴传输材料的方式为旋涂，旋涂的参数为：旋涂转速为5000rad/min，时间为50s；在ITO导电玻璃或FTO导电玻璃表面涂覆空穴传输材料后还要在150℃下退火20min。
[0015]进一步地，S2中，所述涂覆钙钛矿前躯体溶液的方式为加热旋涂，加热旋涂的温度为100℃～150℃；所述热处理的方式为退火，所述退火的温度为110℃～150℃，时间为4min～10min。
[0016]进一步地，S2中，所述电子传输层为PCBM；所述涂覆电子传输层的具体步骤为：将PCBM溶解于氯苯中，在室温下搅拌10h，得到混合液，将混合液用旋涂的方式涂覆在具有活性层的导电玻璃的表面，所述旋涂条件为先以转速为1000rad/min，旋涂50s；然后，再以转速为3000rad/min，旋涂5s。
[0017]进一步地，S2中，所述修饰层为BCP，所述金属电极为Ag；所述修饰层的厚度为6nm，所述金属电极的厚度为120nm；所述涂覆修饰层和金属电极的方式均为蒸镀。
[0018]本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池。
[0019]本专利技术还公开了上述手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池在光电领域的应用。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0021]本专利技术公开了一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池的制备方法，利用不对称的手性有机胺作为准二维钙钛矿太阳能电池的间隔阳离子，形成一维钙钛矿，稳定了α相甲脒钙钛矿，原位钝化钙钛矿，实现了高效率和高稳定性的准二维钙钛矿太阳能电池，挖掘了手性有机胺分子在钙钛矿领域的巨大潜力；再者，原位形成一维钙钛矿相，增强钙钛矿电池在紫外区的吸收，提高了光电转换效率；本专利技术公开的制备方法，步骤简单，无需反溶剂，可空气中完成，可重复性强，具有广阔的应用前景。
[0022]本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能
电池，基于手性胺分子得到了高效率，高稳定性的准二维钙钛矿太阳能电池，增强钙钛矿电池在紫外区的吸收，提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将脂肪酸和手性胺分子混合后通过一歩酸碱反应，得到手性拟卤素胺盐；将手性拟卤素胺盐、碘化铅、甲脒碘和碘化铯溶解在N,N
‑
二甲基乙酰胺溶液中，搅拌后，得到钙钛矿前驱体溶液；S2：在导电玻璃表面涂覆空穴传输材料，得到具有空穴传输层的导电玻璃；在具有空穴传输层的导电玻璃的表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，随后进行热处理，得到具有活性层的导电玻璃；在具有活性层的导电玻璃的表面依次涂覆电子传输层、修饰层和金属电极，得到一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S1中，所述脂肪酸为甲酸、醋酸、丙酸和丙烯酸中的任意一种；所述手性胺分子为S
‑1‑
苯乙胺，R
‑1‑
苯乙胺，R
‑1‑
(4
‑
氟苯基)乙胺或S
‑1‑
(4
‑
氟苯基)乙胺中的任意一种；所述手性拟卤素胺盐的制备方法为：将手性胺分子和脂肪酸按照摩尔比为(1：1)～(1：1.2)混合，在冰水浴条件下搅拌2h后进行一歩酸碱反应，得到手性拟卤素胺盐。3.根据权利要求1所述的一种手性准二维甲脒基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S1中，所述手性拟卤素胺盐、碘化铅、甲脒碘的化学计量比按照结构通式R2(FA)
n
‑1Pb
n
X
3n+1
选取，其中R代表手性胺分子，n＝3、4或5；所述钙钛矿前躯体溶液的质量浓度为200mL～300mg/mL。4.根据权利要求1所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴忠彬，王晓波，董雪，郭佩瑶，陈永华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：