钙钛矿光敏层及其制备用组合物、制备方法和应用技术

本发明专利技术揭示了一种钙钛矿光敏层及其制备用组合物、制备方法和应用。所述钙钛矿光敏层的制备方法包括：提供含有钙钛矿前驱体溶液，该钙钛矿前驱体溶液含有硫氰酸盐以及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐；将钙钛矿前驱体溶液涂覆在基底上形成涂层，并将涂层中的至少部分溶剂去除，之后进行退火处理，制得钙钛矿光敏层。本发明专利技术工艺简便，直接在钙钛矿前驱体溶液中加入一定比例的硫氰酸盐及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐就可以有效调节钙钛矿晶体大小以及尺寸均匀性，提高钙钛矿晶体结晶度以及钙钛矿吸光层的成膜质量，从而降低了工艺难度以及对设备精度的要求，进而大幅度降低了生产高效钙钛矿太阳能电池及组件的成本。生产高效钙钛矿太阳能电池及组件的成本。生产高效钙钛矿太阳能电池及组件的成本。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿光敏层及其制备用组合物、制备方法和应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿光敏层及其制备用组合物、制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池是目前被认为最有望商业化应用的新型太阳能电池。目前，钙钛矿太阳能电池实验室小面积尺寸的电池效率高达25.7％，已超过多晶硅电池实验室的效率记录，离单晶硅电池实验室的效率26.5％相差无几。钙钛矿太阳能电池的理论极限效率为33％，比晶硅电池的理论极限效率29％要高许多。同时钙钛矿太阳能电池技术发展飞快，实验室电池效率从2003年的3.8％提升到现在25.7％，在短短的十几年的时间内效率就有了突飞猛进的提升，是目前已知太阳能电池技术中发展最迅猛的。日前，国内外已有多家企业开始建设钙钛矿光伏组件量产生产线，相信在不久的将来，钙钛矿太阳能电池技术会被广泛商业化应用。
[0003]钙钛矿太阳能电池的组成主要分为以下三部分：第一部分是电极部分，包括顶电极和沉积在玻璃上的透明导电薄膜底电极；第二部分是钙钛矿光敏层；第三部分是上下缓冲层，包括空穴传输层和电子传输层。而在这三部分中，钙钛矿光敏层质量的高低直接决定了钙钛矿太阳能电池及组件性能的好坏，所以大多数钙钛矿太阳能电池的研究工作者着力于研究制备高质量钙钛矿光敏层的方法。在钙钛矿光敏层中，合适的晶体大小及尺寸均匀性、晶体结晶度的高低以及钙钛矿成膜质量的好坏直接决定了钙钛矿光敏层质量的高低。但是能够很好的控制钙钛矿晶体大小以及尺寸的均匀性，有效提高晶体的结晶度以及成膜质量一直是制备高效钙钛矿太阳能电池的难点，多数的研究工作者都是通过控制成膜时的工艺以及后期的退火温度及时间来解决这一难点。而在实际操作中，由于钙钛矿晶体成核结晶的速率很快，所以导致通过改变成膜工艺以及之后的退火程序的时间窗口非常短暂，进而加大了成膜工艺优化的难度以及对相应成膜设备的精度要求增高，且取得的效果不是很明显，加大了钙钛矿太阳能电池产业化的难度。所以有必要找到新的方法解决有效调节钙钛矿晶体大小及尺寸均匀性以及成膜质量问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种钙钛矿光敏层及其制备用组合物、制备方法和应用，以克服现有技术中存在的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术实施例采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种用于制备钙钛矿光敏层的组合物，包括钙钛矿前驱体、硫氰酸盐以及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐，其中硫氰酸盐与钙钛矿前驱体的摩尔比为1％～3％∶1，苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐与钙钛矿前驱体的摩尔比为2％～6％∶1。
[0007]进一步地，所述用于制备钙钛矿光敏层的组合物为含有1mol/L～1.5mol/L钙钛矿
前驱体的溶液，其中的溶剂包括N，N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N
‑
甲基、乙二醇单甲醚、γ
‑
丁内酯中的任意一种或两种以上的组合。
[0008]本专利技术实施例还提供了一种钙钛矿光敏层的制备方法，包括：
[0009]提供含有钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液含有硫氰酸盐以及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐；
[0010]将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆在基底上形成涂层，并将所述涂层中的至少部分溶剂去除，之后进行退火处理，制得钙钛矿光敏层。
[0011]进一步地，所述的钙钛矿光敏层的制备方法，具体包括：采用以真空抽气装置抽气60s～90s的方式将所述涂层中的部分溶剂去除。
[0012]进一步地，所述的钙钛矿光敏层的制备方法，具体包括：所述退火处理的温度为100℃～150℃、时间为5～15min。
[0013]本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的钙钛矿光敏层。
[0014]本专利技术实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括沿设定方向依次设置的第一电极、第一载流子传输层、光活性层、第二载流子传输层和第二电极；；所述活性层包括前述的钙钛矿光敏层。
[0015]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0016](1)本专利技术通过在混合组分的钙钛矿前驱体溶液中加入一定比例的硫氰酸盐及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐，利用PEA
+
和SCN
‑
的协同作用来有效调节钙钛矿晶体大小及尺寸均匀性、提高钙钛矿结晶度及成膜质量；硫氰酸盐中的SCN
‑
是路易斯酸，能够有效减缓钙钛矿结晶过程，增大钙钛矿结晶的时间窗口，从而使钙钛矿晶体充分生长，促进大尺寸钙钛矿晶体生成，但会使钙钛矿组分中产生过量的PbI2，而苯乙胺氢卤酸盐中的PEA
+
则能与PbI2结合形成2D钙钛矿，不但能有效的消除过量的PbI2，同时SCN
‑
和PEA
+
共同作用能够有效调节可以钙钛矿晶体大小且生长均匀，形成大小均一的钙钛矿晶体，提高钙钛矿晶体的结晶度，减少钙钛矿晶界缺陷，提高了钙钛矿的成膜质量，钙钛矿膜的致密性更好、表面粗糙度更小，降低载流子复合中心，同时PEA
+
与PbI2形成的2D钙钛矿穿插在3D钙钛矿中，增加了钙钛矿光敏层的载流子迁移率以及载流子传输的效率，进而使得钙钛矿太阳能电池的开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)以及填充因子(FF)进一步提升，最终提高了钙钛矿太阳能电池及组件的效率。
[0017](2)本专利技术制备的钙钛矿光敏层中含有2D钙钛矿，提高了钙钛矿光敏层的稳定性，进而提高了钙钛矿太阳能电池及组件的稳定性。
[0018](3)本专利技术工艺简便，降低了工艺难度以及对设备精度的要求，进而大幅度降低了生产高效钙钛矿太阳能电池及组件的成本，本专利技术方法适合产业化生产，有利于推动钙钛矿太阳能电池商业化应用。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，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获得其他的附图。
[0020]图1是本申请一实施方式中钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
[0021]附图标记说明：100、钙钛矿太阳能电池，110、电池主体结构，111、钙钛矿光敏层，112、空穴传输层，113、电子传输层，120、透明导电薄膜底电极，130、透明导电薄膜顶电极，140、载体玻璃。
具体实施方式
[0022]针对现有技术中通过控制成膜时的工艺以及后期的退火温度及时间来解决控制钙钛矿晶体大小以及尺寸的均匀性，提高晶体的结晶度以及成膜质量时由于钙钛矿晶体成核结晶的速率很快从而造成工艺难度加大以及对设备精度要求高、提高了生产成本、加大了钙钛矿太阳能电池产业化应用难度的问题，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，其主要是通过直接在钙钛矿前驱体溶液中加入一定比例的硫氰酸盐和苯乙胺氢卤酸盐就可以有效调节钙钛矿晶体大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制备钙钛矿光敏层的组合物，其特征在于包括钙钛矿前驱体、硫氰酸盐以及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐，其中硫氰酸盐与钙钛矿前驱体的摩尔比为1％～3％∶1，苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐与钙钛矿前驱体的摩尔比为2％～6％∶1。2.根据权利要求1所述的用于制备钙钛矿光敏层的组合物，其特征在于：所述用于制备钙钛矿光敏层的组合物为含有1mol/L～1.5mol/L钙钛矿前驱体的溶液，其中的溶剂包括N，N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N
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甲基、乙二醇单甲醚、γ
‑
丁内酯中的任意一种或两种以上的组合。3.根据权利要求1或2所述的用于制备钙钛矿光敏层的组合物，其特征在于：所述钙钛矿前驱体包括二元或三元混合组分钙钛矿前驱体；和/或，所述硫氰酸盐包括硫氰酸钾、硫氰酸铜或硫氰酸铅中的一种或多种的组合；和/或，所述苯乙胺的氢卤酸盐包括苯乙胺氢碘酸盐、苯乙胺氢溴酸盐或苯乙胺盐酸盐中的一种或多种的组合。4.一种钙钛矿光敏层的制备方法，其特征在于，包括：提供含有钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液含有硫氰酸盐以及苯乙胺或苯乙胺卤代物的氢卤酸盐；将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆在基底上形成涂层，并将所述涂层中的至少部分溶剂去除，之后进行退火处理，制得钙钛矿光敏层。5.根据权利要求4所述的钙钛矿光敏层的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液含有1mol/L～1.5mol/L钙钛矿前驱体，其中硫氰酸盐与钙钛矿前驱体的摩尔比为1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙建侠，钱家栋，范利生，田清勇，范斌，
申请(专利权)人：昆山协鑫光电材料有限公司，
类型：发明
国别省市：