一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料技术领域，解决了现有技术使用最多的有机大分子是丁胺盐和苯甲胺盐，制得的太阳能电池效率和稳定性较低的技术问题。本发明专利技术公开的制备方法可以在空气中制备钙钛矿活性层，所用溶剂是低毒性的有机溶剂，符合绿色化学的理念。利用酸化后得到的氨基丁酸氢碘酸盐制得的二维钙钛矿薄膜的晶粒沿垂直基底的方向生长，晶粒较大，缺陷较少，可以实现性能优异高效稳定的低维钙钛矿太阳能电池，大大推进了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。电池的商业化进程。电池的商业化进程。

【技术实现步骤摘要】
一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于光电子材料
，具体涉及一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着社会的不断高速发展，传统化石能源带来的环境问题和能源紧缺问题越来越受到人们的重视。拓展环境友好型以及可再生能源迫在眉睫。其中太阳能以其储量丰富、绿色清洁、可再生的独特优势而受到人们的广泛关注。近年来，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在短短几年内从3.8％提升到25.7％，这种增长速度在光伏领域是前所未有的。钙钛矿材料自身具有吸光性强﹑载流子迁移率高、载流子扩散距离长﹑带隙可调等优势，使得钙钛矿材料有望成为最理想的最理想的太阳能电池材料，甚至实现33％的能量转化效率。同时，钙钛矿太阳能电池可以通过简单的低温溶液法来制备，且可以在柔性衬底上制得可弯曲的柔性器件，相对与其他光伏技术，钙钛矿太阳能电池的生产过程简单，成本低且理论上可应用的范围更广。
[0003]然而目前效率较高的钙钛矿太阳能电池主要是三维结构，但由于其对环境中的水、氧、光照等十分敏感，稳定性较差，极大的限制了钙钛矿太阳能电池的实际应用和商业化。为此，通过在钙钛矿结构中加入大的有机胺基团或芳香胺等有机分子可以形成稳定的二维或低维结构，具有很好的疏水性和环境稳定性，同时降低内部的自掺杂效应和离子迁移现象。因此，不论在理论研究还是在实际应用上，二维或是低维结构太阳能电池的发展前景都十分开阔。
[0004]现在人们用有机胺分子部分地替代甲胺阳离子，形成了一种层状的量子阱结构，在保证钙钛矿结构稳定性的同时，提高了电荷的传输效率，很好地提升了器件的光电转化效率。现有技术使用最多的有机大分子是丁胺盐和苯甲胺盐，它们的官能团比较单一，需要找到更合适的有机大分子来提高太阳能电池的效率和稳定性。

技术实现思路

[0005]为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法，用以解决现有技术使用最多的有机大分子如丁胺盐和苯甲胺盐，制得的太阳能电池效率和稳定性较低的技术问题。
[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基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0008]S1：将碘化铅，碘甲胺，4
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氨基丁酸氢碘酸盐溶解在醋酸甲胺溶液中，随后添加氯甲胺，搅拌后得到钙钛矿前驱体溶液；
[0009]S2：在导电玻璃上涂覆空穴传输材料，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表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，随后进行热处理，得到预处理基板；在预
处理基板表面涂覆电子传输层，随后在电子传输层表面涂覆修饰层和金属电极，得到一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池。
[0010]进一步地，S1中，所述导电玻璃为ITO导电玻璃；所述醋酸甲胺溶液是由醋酸和甲胺按照摩尔比为1：1.5混合后在冰浴条件下搅拌2h～6h制成；所述4
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氨基丁酸氢碘酸盐的制备方法为：将4
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氨基丁酸与氢碘酸混合后，在冰浴条件下搅拌2h～6h，旋蒸后得到4
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氨基丁酸氢碘酸盐，其中4
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氨基丁酸与氢碘酸的摩尔比为1：1。
[0011]进一步地，S1中，按照化学计量比计，所述碘化铅，碘甲胺和4
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氨基丁酸氢碘酸盐的比值为n：(n
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1)：2，其中n为大于1的自然数；所述醋酸甲胺溶液和氯甲胺的用量比为(1～2)mL：(10～20)mg。
[0012]进一步地，S1中，所述搅拌是在30℃～120℃下搅拌2h～6h；所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为200mg/mL～300mg/mL。
[0013]进一步地，S2中，所述涂覆空穴传输材料的方式为旋涂沉积，所述空穴传输材料为PEDOT:PSS，所述旋涂沉积的工艺参数为：在5000rad/min～6000rad/min下旋涂50s～60s；
[0014]S2中，在导电玻璃上涂覆空穴传输材料后还要进行退火，得到具有空穴传输的导电玻璃；所述退火的温度为120℃～150℃，退火30min。
[0015]进一步地，S2中，所述涂覆钙钛矿前驱体溶液的方式为旋涂沉积，所述热处理的方式为退火，所述退火的温度为100℃～120℃，退火的时间为4min～6min。
[0016]进一步地，S2中，所述电子传输层为PCBM；在预处理基板表面涂覆电子传输层的具体步骤为：将PCBM溶解于氯苯中，在50℃～60℃下搅拌，得到旋涂液，将旋涂液旋涂在预处理基板表面；所述PCBM在氯苯中的质量浓度为16mg/mL～18mg/mL；
[0017]S2中，所述旋涂的工艺参数为：在1000～1200rad/min的转速下旋涂50s～60s。
[0018]进一步地，S2中，所述修饰层为LiF，金属电极为Al；所述LiF的厚度为1nm～1.5nm，所述Al的厚度为100nm～150nm。
[0019]本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池。
[0020]进一步地，所述基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的能量转换效率为14.74％，开路电压为0.95V，短路电流为20.53mA/cm2，填充因子为75.93％。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0022]本专利技术公开了一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，采用碘化铅，碘甲胺，4
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氨基丁酸氢碘酸盐作为钙钛矿前驱体溶液，由于氨基丁酸具有双官能团即铵基与羧基，可以与Pb
2+
和I
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相互作用来调节晶格中的微应变，增强钙钛矿之间的连接从而提高稳定性，有利于大晶粒的生长。另外氨基丁酸中的羧基可以修饰电子传输层表面，从而使钙钛矿更完整的覆盖。制得的二维钙钛矿薄膜的晶粒沿垂直基底的方向生长，晶粒较大，缺陷较少，可以实现性能优异高效稳定的低维钙钛矿太阳能电池；该方法所用溶剂是低毒性的有机溶剂，符合绿色化学的理念，步骤简单，易于产业化生产。
[0023]本专利技术还公开了采用上述制备方法制备得到的基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池，由于氨基丁酸氢碘酸盐两端分别包含铵基和羧基，相较于单一官能团的有机大分子来说，能够形成更高效稳定的钙钛矿太阳能电池。
附图说明
[0024]图1为本专利技术制备得到的基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0025]图2为本专利技术制备得到的基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的J
‑
V特性曲线；
具体实施方式
[0026]为使本领域技术人员可了解本专利技术的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本专利技术所了解的通常意义，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于氨基丁酸的低维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：将碘化铅，碘甲胺，4
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氨基丁酸氢碘酸盐溶解在醋酸甲胺溶液中，随后添加氯甲胺，搅拌后得到钙钛矿前驱体溶液；S2：在导电玻璃上涂覆空穴传输材料，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表面涂覆钙钛矿前驱体溶液，随后进行热处理，得到预处理基板；在预处理基板表面涂覆电子传输层，随后在电子传输层表面涂覆修饰层和金属电极，得到一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S1中，所述导电玻璃为ITO导电玻璃；所述醋酸甲胺溶液是由醋酸和甲胺按照摩尔比为1：1.5混合后在冰浴条件下搅拌2h～6h制成；所述4
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氨基丁酸氢碘酸盐的制备方法为：将4
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氨基丁酸与氢碘酸混合后，在冰浴条件下搅拌2h～6h，旋蒸后得到4
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氨基丁酸氢碘酸盐，其中4
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氨基丁酸与氢碘酸的摩尔比为1：1。3.根据权利要求1所述的一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S1中，按照化学计量比计，所述碘化铅，碘甲胺和4
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氨基丁酸氢碘酸盐的比值为n：(n
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1)：2，其中n为大于1的自然数；所述醋酸甲胺溶液和氯甲胺的用量比为(1～2)mL：(10～20)mg。4.根据权利要求1所述的一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，S1中，所述搅拌是在30℃～120℃下搅拌2h～6h；所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为200mg/mL～300mg/mL。5.根据权利要求1所述的一种基于氨基丁酸的低维钙钛矿太阳...

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