基于4-羟基苯乙基卤化铵盐修饰层的锡铅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基于4

【技术实现步骤摘要】
基于4
‑
羟基苯乙基卤化铵盐修饰层的锡铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种基于4
‑
羟基苯乙基卤化铵修饰层的锡铅混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池


技术介绍

[0002]随着社会的不断发展以及人口的持续增长，对能源的需求日益增多，寻找可持续、再生的清洁能源迫在眉睫。卤化铅钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为一种具有竞争力的太阳能电池技术，其效率从2009年的3.8％飞快发展到2022年认证的25.7％。而当前的钙钛矿太阳能电池所取得的伟大成就几乎是基于1.5～1.7eV的带隙吸收材料，而这种吸收材料根据Shockley
‑
Queisser(S
‑
Q)极限理论其限制了单结器件的最大允许效率。此外，铅的毒性也引起了人们对其大规模生产和商业可行性的极大关注。因此，这激发了科学家们对高效、耐用的无铅或少铅低带隙钙钛矿太阳能电池的探索。
[0003]锡(Sn
2+
)由于其相似的离子半径和外电子构型，表现出与铅相似的电子结构。近年来，Sn或Sn
‑
Pb基PSCs的研究取得了许多重大进展，其中Sn
‑
Pb基混合PSCs的功率转换效率(PCE)已超过20％。与纯Sn钙钛矿膜相比，Pb
2+
的存在可以稳定钙钛矿结构中的Sn
2+
，从而缓解了钙钛矿膜的p型自掺杂问题。此外，控制铅含量的加入可以调节钙钛矿(PVK)的带隙(1.2～1.4eV)，是串联器件理想的窄带隙亚电池。然而，由于Sn
2+
氧化问题尚未解决，功能层之间不完全匹配，Sn
‑
Pb PSCs的效率仍落后于纯Pb PSCs。为了解决Sn
2+
氧化问题，人们尝试了多种方法，包括引入抗氧化剂、成分工程等。此外，还需要重点调制接口参数，以匹配各功能层。
[0004]另一方面，空穴传输层(HTL)由于其优良的电荷提取能力，通常被认为是PSCs的重要组成部分，特别是在倒置结构中。虽然目前对无HTL太阳能电池的发展也进行了大量的研究，但其PCEs与有HTL的太阳能电池相比仍有很大的差距。无机p型半导体材料
‑
氧化镍(NiOx)由于其具有成本低、光稳定性好、易制造等众多优点，被认为是聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的最佳替代品，受到了科学家们的广泛关注。然而，与基于有机空穴传输层的PSCs相比，基于NiOx
‑
HTL的PSCs存在开路电压低、表面粗糙等缺点。在之前的研究中，很多小分子材料，如PFN,F4
‑
TCNQ等，都被用来修饰NiOx层来缓解上述问题。最近，Caleb等人在他们的研究中发现，存在于NiOx薄膜表面的多余的Ni
≥3+
物种会捕获解离的钙钛矿有机碘化物前驱体，导致钙钛矿出现缺陷问题，使器件中的V
OC
损失。随即采用通过增加过量的A位阳离子策略来抵消有机卤化物的损失，从而获得了理想的高V
OC
和高PCE。因此通过提高NiOx薄膜的质量和降低表面Ni
≥3+
缺陷物种等策略，NiOx可以成为空穴传输层的有利竞争对手。
[0005]最值得注意的是，考虑到PSCs的商业可行性必须具有良好的稳定性。具有高PCE的窄带隙Sn
‑
Pb PSCs(>20％)主要是以FA
‑
MA混合A位阳离子为主，而当挥发性MA阳离子含量超过30％时会使钙钛矿结构不稳定。Yan等人在他们之前的报告中也已经证明，将MA比率降
低到10％时可以显著提高Sn
‑
Pb PSCs的光稳定性。然而到目前为止FA基的Sn
‑
Pb混合PSCs的光伏性能仍落后于FA
‑
MA混合的相应器件。

技术实现思路

[0006]针对上述技术问题，尤其是针对FA基的锡铅比例为1：1的钙钛矿太阳能电池，本专利技术的目的是解决现有氧化镍空穴传输层存在的缺陷问题以及锡基钙钛矿太阳能电池中Sn
2+
的易氧化问题，提供了一种具有还原性羟基官能团的苯酚卤化物铵盐(4
‑
羟基苯乙基溴/碘化铵异丙醇溶液)作为修饰层来解决上述所提问题制备出了高效稳定的低带隙钙钛矿太阳能电池的方法，其具有空穴传输层薄膜质量好、钙钛矿薄膜均匀致密、抗氧化能力强和稳定性好的特点。
[0007]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0008]第一方面，本专利技术提供一种基于4
‑
羟基苯乙基卤化铵盐修饰层的锡铅钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底和依次叠于其上的无机金属氧化物空穴传输层、修饰层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极层；其中，所述修饰层为4
‑
羟基苯乙基卤化铵异丙醇溶液。
[0009]进一步，所述透明导电衬底为ITO导电玻璃；所述的无机金属氧化物空穴传输层为NiOx；所述的锡铅钙钛矿吸光层HC(NH2)2Pb
0.5
Sn
0.5
I3薄膜；所述的电子传输层为PCBM；所述的金属电极层为银电极层。
[0010]进一步，所述4
‑
羟基苯乙基卤化铵为4
‑
羟基苯乙基氯化铵、4
‑
羟基苯乙基溴化铵和4
‑
羟基苯乙基碘化铵。优选的为4
‑
羟基苯乙基溴化铵和4
‑
羟基苯乙基碘化铵。
[0011]第二方面，本专利技术提供第一方面所述的锡铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)清洗ITO透明导电基底；
[0013](2)将过滤后的NiOx水溶液均匀旋涂于ITO透明导电基底上，然后退火一定时间，即得到NiOx空穴传输层；
[0014](3)将4
‑
羟基苯乙基卤化铵异丙醇溶液均匀旋涂于NiOx空穴传输层上，即可得到修饰层；
[0015](4)配制锡铅钙钛矿溶液，将锡铅钙钛矿溶液均匀旋涂于修饰层上，退火处理后得到钙钛矿吸光层；
[0016](5)配制的PCBM溶液，均匀旋涂在钙钛矿吸光层上，即可得到电子传输层；
[0017](6)利用真空镀膜机在电子传输层上蒸镀一层银电极。
[0018]进一步，所述步骤(1)中，清洗ITO透明导电基底的步骤如下：将透明导电基底ITO首先使用去离子水冲洗干净并超声处理，随后将其依次放置于无水乙醇、异丙醇、丙酮和无水乙醇中进行超声处理；使用时，利用高纯氮气吹干，随后进行紫外臭氧处理。
[0019]进一步，所述步骤(1)中，透明导电基底ITO大小为1.5cm x1.3cm。
[0020]进一步，所述步骤(2)中，的NiOx水溶液的制备方法如下：利用六水硝酸镍和氨水溶于去离子水中搅拌反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于4
‑
羟基苯乙基卤化铵盐修饰层的锡铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括透明导电衬底和依次叠于其上的无机金属氧化物空穴传输层、修饰层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极层；其中，所述修饰层为4
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羟基苯乙基卤化铵的异丙醇溶液。2.根据权利要求1所述的锡铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述透明导电衬底为ITO导电玻璃；所述的无机金属氧化物空穴传输层为NiOx；所述的锡铅钙钛矿吸光层HC(NH2)2Pb
0.5
Sn
0.5
I3薄膜；所述的电子传输层为PCBM；所述的金属电极层为银电极层。3.权利要求1或2所述的锡铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗ITO透明导电基底；(2)将过滤后的NiOx水溶液均匀旋涂于ITO透明导电基底上，然后退火一定时间，即得到NiOx空穴传输层；(3)将4
‑
羟基苯乙基卤化铵异丙醇溶液均匀旋涂于NiOx空穴传输层上，即可得到修饰层；(4)配制锡铅钙钛矿溶液，将锡铅钙钛矿溶液均匀旋涂于修饰层上，退火处理后得到钙钛矿吸光层；(5)配制的PCBM溶液，均匀旋涂在钙钛矿吸光层上，即可得到电子传输层；(6)利用真空镀膜机在电子传输层上蒸镀一层银电极。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，清洗ITO透明导电基底的步骤如下：将透明导电基底ITO首先使用去离子水冲洗干净并超声处理，随后将其依次放置于无水乙醇、异丙醇、丙酮和无水乙醇中进行超声处理；使用时，利用高纯氮气吹干，随后进...

【专利技术属性】
技术研发人员：台启东，周远，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：