一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法技术

本发明专利技术公开了一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法，该方法以碳酸二乙酯作为有机合成的重要试剂和反应载体，被作为绿色反溶剂引入钙钛矿结晶过程中，通过一步旋涂策略获得高效的PSCs。DEC与溶剂DMSO之间的强分子间相互作用有助于减缓成核，形成光滑、无针孔、均匀的高电子性能钙钛矿膜。在使用DEC作为抗溶剂制备的钙钛矿薄膜后，获得了20.20%的PCE，同时显著提高了器件对水分进入的稳定性，该方法通过改善钙钛矿结晶，有效提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池设计与制备
，具体涉及一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池（PSCs）因其优良的光伏性能而备受关注，如可调节的光学带隙、高摩尔消光系数、高载流子迁移率和双极电荷转移能力。自2009年PSCs引入以来，功率转换效率（PCE）在短短十年内从3.8%迅速提高到25.7%，与多晶硅太阳能电池可以相媲美。为了沉积均匀而致密的钙钛矿吸收层，已经开发了几种制造方法，例如一步旋涂法、两步旋涂法、蒸镀法、反溶剂滴注法等等。在钙钛矿太阳能电池的诸多制备方法中，反溶剂法由于有助于形成高质量钙钛矿晶体和方便性而广受青睐。然而，目前所使用的反溶剂主要是氯苯、甲苯、乙醚等有毒物质，不利于PSCs的潜在商业化和环境的可持续发展。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是提供了一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法，该方法以碳酸二乙酯（diethyl carbona，DEC）作为有机合成的重要试剂和反应载体，被作为绿色反溶剂引入钙钛矿结晶过程中，通过一步旋涂策略获得高效的PSCs。DEC与溶剂二甲基亚砜（dimethyl sulfoxide，DMSO）之间的强分子间相互作用有助于减缓成核，形成光滑、无针孔、均匀的高电子性能钙钛矿膜。在使用DEC作为抗溶剂制备的钙钛矿薄膜后，获得了20.20%的PCE，同时显著提高了器件对水分进入的稳定性，该方法通过改善钙钛矿结晶，有效提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将PbI2和NH3CH3I粉末混入DMF和DMSO的混合溶液中，在充满氮气的手套箱中搅拌直至固体完全溶解，得到的混合溶液用聚四氟乙烯过滤器进行过滤得到钙钛矿前驱体溶液；步骤S2：将生长有SnO2电子传输层的ITO基底或生长有PCBM界面修饰层的ITO基底放置在手套箱中的旋涂仪上，用移液枪在SnO2电子传输层或PCBM界面修饰层上均匀涂覆经过步骤S1处理得到的钙钛矿前驱体溶液，然后进行旋涂，旋涂转速为4000~6000转/分，旋涂时间为20~40秒，在开始的第8~9秒，用移液枪吸取180~200μL碳酸二乙酯，动态旋涂在钙钛矿前驱体溶液的基底上，滴落时间控制在1~2秒，最终得到生长有钙钛矿膜的ITO基底；步骤S3：将步骤S2得到的生长有钙钛矿膜的ITO基底放置在加热台上，在氮气氛围中于80~120℃持续退火10~20分钟，得到厚度均匀的钙钛矿光吸收层。
[0005]进一步限定，步骤S1中所述PbI2和NH3CH3I的摩尔比为1:1，所述DMF和DMSO的混合溶液中DMF与DMSO的体积比为4:1。
[0006]进一步限定，步骤S2中所述生长有SnO2电子传输层的ITO基底的具体过程为：步骤S101：将清洗干净的ITO导电玻璃放置在旋涂仪上，用移液枪在ITO导电玻璃上均匀铺满SnO2水溶液并进行旋涂得到SnO2电子传输层的前驱膜，旋涂转速为3000~5000转/分，旋涂时间为30~40秒；步骤S102：将经过步骤S101处理的旋涂前驱体膜的ITO基底放置在加热台上，在空气中于150~180℃持续退火30~60分钟，得到钙钛矿太阳能电池的SnO2电子传输层，并将得到的生长有SnO2电子传输层的ITO基底转移至充满氮气的手套箱中备用。
[0007]进一步限定，步骤S2中所述生长有PCBM界面修饰层的ITO基底的具体过程为：步骤S201：在手套箱中将8~12mg PCBM粉末置于氯苯中，放置在搅拌器中搅拌直至溶解，得到浓度为8~12mg/mL的PCBM界面修饰层前驱溶液；步骤S202：将经由步骤S102得到的生长有SnO2电子传输层的ITO基底放置在旋涂仪上，用移液枪在SnO2电子传输层上均匀涂抹一层PCBM溶液并进行旋涂得到SnO2电子传输层与钙钛矿光吸收层之间的缓冲膜，旋涂转速为3000~5000转/分，旋涂时间为30~40秒；步骤S203：将经由步骤S202处理得到的有缓冲膜的ITO基底放置在加热台上，在氮气环境中于100℃持续退火5~10分钟，得到钙钛矿太阳能电池SnO2电子传输层与钙钛矿光吸收层之间的PCBM界面修饰层。
[0008]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：1、本专利技术通过一步反溶剂旋涂策略制备得到钙钛矿太阳能电池光吸收层，具有制备方法简单、缺陷密度低且薄膜均匀致密的优点。将DEC引入钙钛矿光吸收层的制备过程中，影响了钙钛矿的结晶过程，其中DEC与DMSO之间的氢键减缓了DEC的蒸发速率，从而避免了退火过程中中间相（MAI
‑
PbI2‑
DMSO）的不规则生长，从而减缓了钙钛矿的结晶过程，进而获得更大粒径、更高质量的钙钛矿薄膜。钙钛矿薄膜生长减少了晶界，增加空穴电子传输，从而增加钙钛矿的光电转化效率；2、本专利技术以DEC为反溶剂制备的钙钛矿光吸收层，比以CB为反溶剂制备的钙钛矿薄膜具有较好的晶轴取向，且没有出现除钙钛矿特征峰外的其它杂峰（如图1所示）；3、本专利技术以DEC为反溶剂制备的钙钛矿光吸收层，比CB制备的钙钛矿吸收层具有更好的吸光特性，表现出更强的吸收强度（如图2所示）；4、本专利技术以DEC为反溶剂制备的钙钛矿光吸收层，具有较好的形貌，薄膜表面晶粒较大且均匀致密，晶界清晰无杂质填充，没有针孔（如图3所示）；5、本专利技术以DEC为反溶剂制备的钙钛矿光吸收层为基础，制备的钙钛矿太阳能电池，比CB制备的钙钛矿太阳能电池具有更好的光电性能和光电转化效率（如图4所示）。
附图说明
[0009]图1是本专利技术对比实施例1的钙钛矿光吸收层的XRD图；图2是本专利技术对比实施例1的钙钛矿光吸收层的UV
‑
vis图；图3是以DEC为反溶剂的钙钛矿光吸收层的SEM图；图4是本专利技术对比实施例1的钙钛矿太阳能电池的J
‑
V图。
具体实施方式
[0010]以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0011]实施例1步骤S100：制备SnO2电子传输层步骤S101：将清洗干净的ITO导电玻璃放置在旋涂仪上，用移液枪在ITO导电玻璃上均匀铺满SnO2水溶液并进行旋涂得到SnO2电子传输层的前驱膜，旋涂转速为3000转/分，旋涂时间为30秒；步骤S102：将经过步骤S101处理的旋涂前驱体膜的ITO基底放置在加热台上，在空气中于150℃持续退火30分钟，得到钙钛矿太阳能电池的SnO2电子传输层，再将得到的生长有SnO2电子传输层的ITO基底转移至充满氮气的手套箱中备用；步骤S200：制备钙钛矿光吸收层步骤S201：依次称量222.6mg NH3CH3I粉末和645.4mg 本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将PbI2和NH3CH3I粉末混入DMF和DMSO的混合溶液中，在充满氮气的手套箱中搅拌直至固体完全溶解，得到的混合溶液用聚四氟乙烯过滤器进行过滤得到钙钛矿前驱体溶液；步骤S2：将生长有SnO2电子传输层的ITO基底或生长有PCBM界面修饰层的ITO基底放置在手套箱中的旋涂仪上，用移液枪在SnO2电子传输层或PCBM界面修饰层上均匀涂覆经过步骤S1处理得到的钙钛矿前驱体溶液，然后进行旋涂，旋涂转速为4000~6000转/分，旋涂时间为20~40秒，在开始的第8~9秒，用移液枪吸取180~200μL碳酸二乙酯，动态旋涂在钙钛矿前驱体溶液的基底上，滴落时间控制在1~2秒，最终得到生长有钙钛矿膜的ITO基底；步骤S3：将步骤S2得到的生长有钙钛矿膜的ITO基底放置在加热台上，在氮气氛围中于80~120℃持续退火10~20分钟，得到厚度均匀的钙钛矿光吸收层。2.根据权利要求1所述的以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法，其特征在于：步骤S1中所述PbI2和NH3CH3I的摩尔比为1:1，所述DMF和DMSO的混合溶液中DMF与DMSO的体积比为4:1。3.根据权利要求1所述的以碳酸二乙酯为绿色反溶剂制备钙钛矿太阳能电池光吸收层的方法，其特征在于步骤S2中所述生长有SnO2电子传输层的ITO基底的具体过程为：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：张娜，张志芳，刘天啸，刘志勇，宋桂林，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：