一种2D/3D钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，公开了一种2D/3D钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在2D钙钛矿层表面加盖载玻片使PEAI溶液与3D钙钛矿表面充分接触，使用PEAI作为2D钙钛矿阻挡层，在3D钙钛矿薄膜的顶部原位生长2D覆盖层，改进2D层的退火方法以及PEAI的浓度，使用低温碳浆料替代空穴传输层HTM以及金属电极，进而制备得到2D/3D钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术使用低温碳浆料替代昂贵的空穴传输层HTM以及金属电极，避免了长时间放置金属电极与钙钛矿层相互渗透也大大缩减了实验成本。本发明专利技术制备的钙钛矿电池成本低、热稳定性显著提高，在70℃加热10h后仍能保持初始效率的90％，光电效率可达14.63％。达14.63％。达14.63％。

【技术实现步骤摘要】
一种2D/3D钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种2D/3D钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿由于其卓越的光电性能、可调的能带、高的光吸收系数和低的激子结合能等优点，是目前研究最多和最有前途的光电材料之一。钙钛矿太阳能电池(PeSCs)近十年来在光电转换方面取得了惊人的成就，钙钛矿太阳能电池的最高认证光电转换效率(PCE)已达25.7％，接近肖克利
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奎瑟极限。钙钛矿电池已经显示出在下一代光伏器件中的良好的应用前景。然而，在商业化生产之前需要解决一些挑战，例如表面形成的巨大缺陷，导致严重的非辐射复合，以及成分之间的材料相互作用不足，导致热、湿和光诱导的降解。
[0003]二维钙钛矿是一类新型光伏材料，其中有机层用作阻挡水分或离子侵蚀的保护屏障，最近出现并引起越来越多的关注，因为它们表现出显著的稳定性。受此启发，采用在三维钙钛矿顶部沉积二维钙钛矿进行表面钝化引发了新的研究浪潮，以同时实现更高的效率和稳定性。该结构通过在3D钙钛矿薄膜的顶部原位生长2D覆盖层，在不影响其高性能的情况下显著提高了PSC的稳定性和电池的光电性能。目前，在二维钙钛矿表面钝化的帮助下，PSC已经取得了显著的性能。例如，杨等人采用新设计的环己乙基碘化铵(CEAI)作为3D钙钛矿表面钝化剂。通过形成2D钙钛矿层来减少陷阱辅助复合，使填充因子提高到82.6％，从而使PCE提高23.57％。引入的CEAI还改善了表面疏水性，使钝化器件在1500小时后1个太阳下的剩余效率保持在96％以上。金及其同事获得的PSC的创纪录认证效率(25.2％)也是基于2D钙钛矿钝化膜。基本光吸收层是由辛基碘化铵(OAI)和正己基铵诱导的2D/3D异质结。此外，王等人通过在裂纹填充界面工程中使用胆碱碘(CHI)，成功地制造了热力学稳定的全无机(β
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CsPbI3基)PSC，效率>18％。在基于碳电极的钙钛矿电池方面，德国Wagner团队引入了二维钙钛矿钝化层(OAI)作为电子阻挡层，显著降低了界面复合损失。这使得使用二维钙钛矿作为电子阻挡层的无HTM可印刷低温碳电极钙钛矿太阳能电池的效率达到18.5％，并且显著提高了器件稳定性。
[0004]综上2D/3D钙钛矿电池相比于传统的3D钙钛矿电池性能更加优良且稳定性大幅提升，有助于钙钛矿太阳能电池商业化。
[0005]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：在钙钛矿成膜过程中，由于其在晶界和晶面上存在悬空键导致产生大量的晶界、界面缺陷。这些有害缺陷严重影响载流子输运,导致严重的非辐射复合。同时，钙钛矿材料由于其成分间的相互作用不足都存在不同程度的分解现象，尤其是当暴露在高湿度，高温，强光，富氧等情况下，钙钛矿的分解过程会被加速。目前已有通过在3D钙钛矿薄膜的顶部原位生长2D覆盖层，在不影响其高性能的情况下显著提高了PSC在常规条件下的稳定性和电池的光电性能。然而钙钛矿电池在高温、高湿、光照等情况下的稳定性问题还有所欠缺。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种2D/3D钙钛矿太阳能电池及其制备方法，尤其涉及一种改进2D层退火方法。
[0007]本专利技术是这样实现的，一种2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法包括：
[0008]在2D钙钛矿层表面加盖载玻片使PEAI溶液与3D钙钛矿表面充分接触，使用PEAI作为2D钙钛矿阻挡层，在3D钙钛矿薄膜的顶部原位生长2D覆盖层，改进2D层的退火方法以及PEAI的浓度，使用低温碳浆料替代空穴传输层HTM以及金属电极，进而制备得到2D/3D钙钛矿太阳能电池。
[0009]进一步，所述2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
[0010]步骤一，电子传输层制作，包括TiO2致密层、TiO2纳米阵列和SnO2层制作；
[0011]步骤二，分别进行钙钛矿层制作和2D层制作；
[0012]步骤三，采用丝网印刷工艺进行C电极制作。
[0013]进一步，所述步骤一中的TiO2致密层制作包括：
[0014]将导电玻璃FTO用洗涤粉、去离子水、丙酮、乙醇，各自分别超声30min，待清洗完成后用干净的氮气枪从侧面将FTO吹干；将玻璃导电面贴上黄色胶带留出预留电极后，将基底置于臭氧清洗机下，清洗30min；取2.2mL四氯化钛逐滴滴入200mL的冰水混合物中，搅拌融化，溶液呈现澄清透明，配制的TiCl4溶液浓度为0.1M，得到cp
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TiO2的前驱体溶液；将臭氧处理后的FTO放入干净的玻璃培养皿中，缓慢倒入配制好的TiCl4前驱体溶液，将密封好的培养皿放入已经加热到70℃的水浴锅中，反应2h后拿出，静置30min；待冷却到室温后用去离子水清洗干净放在150℃热台上退火2h，cp
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TiO2样品制作完成。
[0015]进一步，所述步骤一中的TiO2纳米阵列制作包括：
[0016]配制体积比为1：1的盐酸去离子水混合溶液100mL，密封严整后放在磁力搅拌机上常温搅拌30min，搅拌完成后缓慢滴加1.5mL的钛酸四正丁酯溶液，搅拌充分，得到前驱体溶液；将制备得到的cp
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TiO2样品转移到反应釜内胆中，将导电玻璃面朝上放置，倒入搅拌好后的前驱体溶液，放入反应釜中，在干燥箱中150℃加热105min；待反应时间结束后，取出样品用去离子水清洗，置于马弗炉中150℃退火2h，TiO
2 NA制作完成。
[0017]进一步，所述步骤一中的SnO2层制作包括：
[0018]取1mL四氯化锡放入200mL去离子水中，搅拌至完全融合。制作方法同TiO2致密层。
[0019]进一步，所述步骤二中的钙钛矿层制作包括：
[0020]称取一定量的PbI2粉末溶于DMF与DMSO混合溶剂中，V：V＝9：1，配制PbI2溶液浓度为1.5M，置于磁力搅拌机上70℃加热搅拌30min；分别取碘甲胺、氯甲胺、碘甲脒粉末6.39mg、9mg和90mg，取1mL异丙醇溶液加入混合的药品粉末里，放在震荡仪上连续震荡15min；两步旋涂法第一步是旋涂PbI2溶液，使用移液枪取50μL PbI2溶液滴在UV后的基底表面；旋涂转速为1500rpm旋涂时间为30s，置于70℃热台上退火10s；旋涂有机盐溶液，取50μL有机盐旋涂在样品上，旋涂转速为1500rpm旋涂时间为30s；旋涂结束后立即取下置于150℃恒温热台退火30min，PeSK薄膜制备完成。
[0021]进一步，所述步骤二中的2D层制作包括：
[0022]在制作好的钙钛矿层上面旋涂PEAI溶液进行后处理，PEAI溶液的浓度为10mg/mL；
PEAI旋涂转速5000rpm，加速度9000rpm，时间30s；旋涂结束后将载玻片盖在上表面使钙钛矿与PEAI溶液充分接触，置于100℃恒温热台退火10min；待冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法包括：在2D钙钛矿层表面加盖载玻片使PEAI溶液与3D钙钛矿表面充分接触，使用PEAI作为2D钙钛矿阻挡层，在3D钙钛矿薄膜的顶部原位生长2D覆盖层，改进2D层的退火方法以及PEAI的浓度，使用低温碳浆料替代空穴传输层HTM以及金属电极，进而制备得到2D/3D钙钛矿太阳能电池。2.如权利要求1所述的2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：步骤一，电子传输层制作，包括TiO2致密层、TiO2纳米阵列和SnO2层制作；步骤二，分别进行钙钛矿层制作和2D层制作；步骤三，采用丝网印刷工艺进行C电极制作。3.如权利要求2所述的2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的TiO2致密层制作包括：将导电玻璃FTO用洗涤粉、去离子水、丙酮、乙醇，各自分别超声30min，待清洗完成后用干净的氮气枪从侧面将FTO吹干；将玻璃导电面贴上黄色胶带留出预留电极后，将基底置于臭氧清洗机下，清洗30min；取2.2mL四氯化钛逐滴滴入200mL的冰水混合物中，搅拌融化，溶液呈现澄清透明，配制的TiCl4溶液浓度为0.1M，得到cp
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TiO2的前驱体溶液；将臭氧处理后的FTO放入干净的玻璃培养皿中，缓慢倒入配制好的TiCl4前驱体溶液，将密封好的培养皿放入已经加热到70℃的水浴锅中，反应2h后拿出，静置30min；待冷却到室温后用去离子水清洗干净放在150℃热台上退火2h，cp
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TiO2样品制作完成。4.如权利要求2所述的2D/3D钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的TiO2纳米阵列制作包括：配制体积比为1：1的盐酸去离子水混合溶液100mL，密封严整后放在磁力搅拌机上常温搅拌30min，搅拌完成后缓慢滴加1.5mL的钛酸四正丁酯溶液，搅拌充分，得到前驱体溶液；将制备得到的cp
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TiO2样品转移到反应釜内胆中，将导电玻璃面朝上放置，倒入搅拌好后的前驱体溶液，放入反应釜中，在干燥箱中150℃加热105min；待反应时间结束后，取出样品用...

【专利技术属性】
技术研发人员：段金霞，解晓璐，张军，万厚钊，王浩，
申请(专利权)人：湖北江城实验室，
类型：发明
国别省市：