一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳电池技术领域。本发明专利技术提出了一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池及其制备方法，所述太阳电池结构自下而上依次为：FTO基底、n型钙钛矿层、分子交联层、p型钙钛矿层、金属电极。所述制备方法中，采用热压处理诱导界面重结晶交联，制备钙钛矿同质结，以提高钙钛矿同质结的质量；同时，在钙钛矿同质结界面引入交联结构，钝化界面缺陷，减少光生载流子损失，从而提升无电荷传输层的钙钛矿同质结太阳电池的光电转换效率。矿同质结太阳电池的光电转换效率。矿同质结太阳电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳电池
，具体涉及一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池及其制备方法

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿太阳电池在近年内发展迅速，其光电转换效率已提升至25％以上，具有广阔的应用前景和商业化潜力。在当前高效钙钛矿太阳电池中，所使用的电池结构主要有两种：介孔结构和平面结构。这两种结构的电池通常被认为是基于n
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i
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p异质结结构运行，其中钙钛矿层作为i型的光吸收层，其两侧分别是p型的空穴传输层和n型的电子传输层。虽然电池中的电荷传输层可以快速抽取电子和空穴，但也带来了界面非辐射复合、界面接触电阻大、制备工艺复杂化等问题，不利于电池的大规模制备和长时间稳定运行。
[0003]钙钛矿薄膜具有双极性传输特性和自掺杂特性，可以通过调控掺杂成分与浓度，精准制备出n型和p型的钙钛矿薄膜，进而构建出钙钛矿同质结。钙钛矿同质结具有内建电场，可实现光生载流子的定向传输。制备出的钙钛矿同质结太阳电池不依赖电荷传输层即可实现光生载流子的收集，为负载供能。为制备出双层钙钛矿薄膜的同质结结构，常采用双沉积工艺，即制备第一层钙钛矿时采用旋涂法，制备第二层钙钛矿薄膜时采用蒸镀
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浸液法。无电荷传输层的钙钛矿同质结太阳电池大大简化了电池结构，降低了电池的制备成本。同时，该电池规避了电荷传输层的限制，拓宽了电池器件的应用领域，具有良好的发展潜力。
[0004]当前，钙钛矿同质结太阳电池的光电转换效率较低，这主要与电池中双层钙钛矿薄膜的质量与界面接触特性密切相关。一方面，钙钛矿同质结所使用的双沉积工艺不利于制备出高质量的p型钙钛矿薄膜；另一方面，钙钛矿同质结的接触界面具有大量缺陷，引起光生载流子复合，降低电池效率。因此，要提高钙钛矿同质结太阳电池效率，设计开发基于界面工程的电池结构和相应的制备工艺十分必要。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池及其制备方法。所述太阳电池结构自下而上依次为：FTO基底、n 型钙钛矿层、分子交联层、p型钙钛矿层、金属电极。本专利技术提供的基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池，能够有效降低电池中双层钙钛矿薄膜的界面缺陷，提高钙钛矿同质结太阳电池的光电转换效率。
[0006]同时，本专利技术还提出一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池的制备方法，结合说明书附图1和说明书附图2，说明技术方案：
[0007]1.在洁净的FTO(1)基底上制备n型钙钛矿薄膜，退火温度为50～ 90℃，优选温度为60℃。n型钙钛矿薄膜厚度为100～1000nm之间，优选为600nm。钙钛矿体系为Cs
X
MA
Y
FA1‑
X
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Y
Pb
W
I
Z
Br3‑
Z
(MA为CH3NH3， FA为CH5N2，X和Y在0～1之间，Z在0～3之间，W在1.05～1.25 之间)。钙钛矿体系优选为MAPb
1.1
I3。FTO基底可以替换成ITO基底。n型钙钛矿薄膜制备的方法
为旋涂法、蒸镀法、刮刀涂布法、喷墨打印法中的任一种。
[0008]2.进一步地，在n型钙钛矿薄膜表面引入交联分子溶液，交联分子为酒石酸、1,4
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苯二膦酸、2
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甲酰
‑
1,4
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苯二磺酸、戊二酸、己二酸中的一种，优选为1,4
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苯二膦酸。溶剂为异丙醇。引入交联分子溶液的方式为旋涂法、熏蒸法的任一种，优选为旋涂法。得到样品1。
[0009]3.在洁净的FTO(2)基底上制备过渡层，过渡层为聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
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三甲基苯基)胺](PTAA)和红荧烯中的任一种，优选为PTAA。FTO基底可以替换成ITO基底。过渡层制备方法为旋涂法、蒸镀法、磁控溅射法中的任一种，优选为旋涂法。
[0010]4.在过渡层上制备p型钙钛矿薄膜，退火温度为50～80℃，优选温度为60℃。p型钙钛矿薄膜厚度为50～1200nm之间，优选为200 nm。钙钛矿体系为Cs
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MA
Y
FA1‑
X
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Pb
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I
Z
Br3‑
Z
(MA为CH3NH3，FA为CH5N2， X和Y在0～1之间，Z在0～3之间，W在0.8～0.95之间)。钙钛矿体系优选为MAPb
0.9
I3。p型钙钛矿薄膜制备的方法为旋涂法、蒸镀法、刮刀涂布法、喷墨打印法中的任一种。得到样品2。
[0011]5.将制备得到的n型钙钛矿薄膜(样品1)和p型钙钛矿薄膜(样品 2)直接接触，进行热压处理。加热温度在90～150℃之间，优选温度为120℃。施加压强在5～500MPa之间，优选压强为50MPa。热压时间在5～60min之间，优选时间为20min。处理完成后，n型钙钛矿薄膜和p型钙钛矿薄膜界面发生重结晶并粘连在一起，得到样品3。
[0012]6.将样品3置于过渡层溶解液中，溶解液为甲苯和氯苯的任一种，优选为氯苯。溶解时间10～60min，优选时间为20min。
[0013]7.过渡层溶解完成后，取出样品3，进一步地去除FTO(2)基底，得到样品4。样品4结构自下由上依次为：FTO(1)基底、n型钙钛矿薄膜、交联分子层、p型钙钛矿薄膜。
[0014]8.在p型钙钛矿薄膜上制备金属电极，电极材料为Cu，Ag，Au中的任一种，优选为Au电极。电极厚度在40～100nm之间，优选为60 nm。
[0015]进一步的，本专利技术提出的一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池，其电极还可以是FTO。所述电池结构自下由上依次为：FTO基底、n型钙钛矿层、分子交联层、p型钙钛矿层、FTO基底。结合说明书附图4和说明书附图5，说明技术方案：
[0016]1.在洁净的FTO(1)基底上制备n型钙钛矿薄膜，退火温度为50～ 80℃，优选温度为60℃。n型钙钛矿薄膜厚度为100～1000nm之间，优选为500nm。钙钛矿体系为Cs
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(MA为CH3NH3， FA为CH5N2，X和Y在0～1之间，Z在0～3之间，W在1.05～1.25 之间)。钙钛矿体系优选为MAPb
1.1
I3。FTO基底可以替换成ITO基底。 n型钙钛矿薄膜制备的方法为旋涂法、蒸镀法、刮刀涂布法、喷墨打印法中的任一种。
[0017]2.进一步地，在n型钙钛矿薄膜表面引入交联分子溶液，交联分子为酒石酸、1,4
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苯二膦酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池，其特征在于：太阳电池结构自下而上依次为：FTO基底、n型钙钛矿层、分子交联层、p型钙钛矿层、金属电极。2.根据权利要求1所述的一种基于同质结界面交联的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述制备方法为：a.在洁净的FTO(1)基底上制备n型钙钛矿薄膜，退火温度为50～90℃，n型钙钛矿薄膜厚度为100～1000nm之间。钙钛矿体系为Cs
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(MA为CH3NH3，FA为CH5N2，X和Y在0～1之间，Z在0～3之间，W在1.05～1.25之间)。n型钙钛矿薄膜制备的方法为旋涂法、蒸镀法、刮刀涂布法、喷墨打印法中的任一种。b.进一步地，在n型钙钛矿薄膜表面引入交联分子溶液，交联分子为酒石酸、1,4
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苯二膦酸、2
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甲酰
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苯二磺酸、戊二酸、己二酸中的任一种，溶剂为异丙醇。引入交联分子溶液的方式为旋涂法、熏蒸法的任一种。得到样品1。c.在洁净的FTO(2)基底上制备过渡层，过渡层为聚[双(4
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苯基)(2,4,6
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三甲基苯基)胺](PTAA)和红荧烯中的任一种。过渡层制备方法为旋涂法、蒸镀法、磁控溅射法中的任一种。d.在过渡层上制备p型钙钛矿薄膜，退火温度为50～80℃，p型钙钛矿薄膜厚度为50～1200nm之间。钙钛矿体系为Cs
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Pb
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Br3‑
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(MA为CH3NH3，FA为CH5N2，X和Y在0～1之间，Z在0～3之间，W在0.8～0.95之间)。p型钙钛矿薄膜制备的方法为旋涂法、蒸镀法、刮刀涂布法、喷墨打印法中的任一种。得到样品2。e.将制备得到了n型钙钛矿薄膜(样品1)和p型钙钛矿薄膜(样品2)直接接触，进行热压处理。加热温度在90～150℃之间。施加压强在5～500MPa之间。热压时间在5～60min之间。得到样品3。f将样品3置于过渡层溶解液中，溶解液为甲苯和氯苯的任一种，溶解时间在10～60min中之间。g.过渡层溶解完成后，取出样品3，进一步地去除FTO(2)基底，得到样品4。样品4结构自下由上依次为：FTO(1)基底、n型钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：李美成，黄浩，瞿树杰，蓝智能，崔鹏，闫路遥，王欣欣，杜淑贤，张强，杨莹莹，纪军，刘本玉，刘家梁，
申请(专利权)人：华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：