一种钙钛矿-聚合物复合材料、制备方法及钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料、制备方法及钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料、制备方法及钙钛矿太阳能电池，属于钙钛矿太阳能电池


技术介绍

[0002]近年来，随着全球人口增长及经济的发展，人类对能源的需求与日俱增。太阳能作为一种清洁、可再生能源，在能源结构中将扮演着重要角色。在各种有效利用太阳能的技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，其光电转换效率从最开始的3.8％发展到现在的25.7％，效率方面已经追上了晶硅太阳电池。作为第三代高效新概念电池，由于，原材料储量丰富，制备工艺简单，且可以采用低温、低成本的工艺制备高质量薄膜等诸多优点，吸引了众多科研工作者的关注。
[0003]但是目前钙钛矿电池的稳定性问题限制了其产业化的发展。钙钛矿作为离子晶体，对温度、湿度、光照、氧气以及机械力等较为敏感，在这些因素作用下，钙钛矿会呈现不同程度的相变和降解甚至分解成为没有光学活性的金属卤化物等产物。尤其是在热循环温度交替变化过程中，由于钙钛矿和基底层的热膨胀系数不一致，产生的温差机械应力会导致钙钛矿薄膜的开裂甚至分层现象，严重影响电池的性能，最终会导致器件的失效。因此，提高钙钛矿得稳定性对推动钙钛矿太阳能电池的产业化具有十分重要的意义。
[0004]目前，通过外封装的手段可以一定程度上隔绝水、氧的影响，通过紫外滤光片和阻挡层等方式一定程度上可以缓解光热带来的损伤。但是对于操作过程中的机械应力以及热循环老化过程中的机械应力的释放并没有有效的方案，制约了钙钛矿太阳电池的发展。所以，急需寻找一种新的策略，达到缓解机械应力最终提升钙钛矿太阳能电池的长期稳定性的目的。由于聚合物优异的机械性能、热性能、介电性能和耐光性，有研究认为聚合物是改善钙钛矿膜相关性能，从而提高钙钛矿太阳能电池的操作稳定性的可行方法。有文章报道，通过在前驱体溶液中直接添加聚合物分子，但是由于聚合物的大分子结构以及与碘化铅之间的相互作用比较强，钙钛矿前驱体溶液中会发生沉淀现象，这可能会增加形核位点，减小晶粒尺寸，难以形成均匀的聚合物掺杂钙钛矿膜，导致效果不理想。中国专利申请202011335946.5中通过在前驱体溶液中添加丙烯酰胺单体、乙烯基吡咯烷酮单体或苯乙烯单体加热聚合物得到钙钛矿薄膜层和钙钛矿组件，使钙钛矿晶体的界面缺陷得到很好的钝化，但是引入的聚合物分子很难与钙钛矿成分形成键合作用，并不能改善热循环老化过程中器件的稳定性。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料、制备方法及钙钛矿太阳能电池。通过在前驱体溶液中添加能与钙钛矿存在键合作用的聚合分子单体，一方面解决钙钛矿成膜问题，同时存在的键合作用使得钙钛矿器件在老化过程中聚合物组分能够缓解冷热交替带来的机械应力提升器件的稳定性。所述材料可有效率的缓解机械应力抑
制钙钛矿薄膜的开裂和分层，提高钙钛矿太阳能电池的机械稳定性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料的制备方法，方法步骤包括：
[0008](1)向钙钛矿前驱体BX化合物溶液中加入丙烯酸类聚合物单体和引发剂，得到的溶液涂覆在基底上，加热使聚合物单体聚合，在基底上得到含有聚合物的BX化合物薄膜；
[0009](2)将钙钛矿前驱体A位阳离子溶液涂覆在所述含有聚合物的BX化合物薄膜上，加热退火，得到一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料；
[0010]其中，丙烯酸类聚合物单体的添加量为BX化合物质量的0.01wt％
‑
0.1wt％。
[0011]优选的，步骤(1)中，所述丙烯酸类聚合物单体为甲基丙烯甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺。
[0012]优选的，步骤(1)中，所述丙烯酸类聚合物单体的添加量为BX化合物质量的0.04wt％
‑
0.06wt％。
[0013]优选的，步骤(1)中，BX化合物中，B为Pb
2+
、Sn
2+
和Ge
2+
中的一种以上；X为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、Ac
‑
、F
‑
、SCN和BF4‑
中一种以上；步骤(2)中，A位阳离子为CH3NH
3+
、NH2‑
CH＝NH
2+
、Cs
+
、Li
+
、C4H9NH
3+
、CH6N
3+
、Na
+
、Rb
+
和K
+
中的一种以上；X为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、SCN
‑
和BF4‑
中一种以上。
[0014]优选的，步骤(1)中，溶剂为N,N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和氮甲基吡咯烷酮中的一种以上；步骤(2)中，溶剂为异丙醇。
[0015]优选的，步骤(1)中，所述引发剂为偶氮二异丁腈、过氧化十二酰或过氧化二苯甲酰。
[0016]优选的，步骤(1)中，加热温度为70℃～100℃，时间为50s～70s。
[0017]优选的，步骤(2)中，加热退火温度为100℃～180℃，时间为10min～20min。
[0018]一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料，所述复合材料通过本专利技术所述方法制备得到。
[0019]一种钙钛矿太阳能电池，包括导电基底、第一电荷传输层、钙钛矿吸光层、第二电荷传输层、电荷阻挡层、电极层，所述钙钛矿吸光层为本专利技术所述的一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料。
[0020]优选的，所述第一电荷传输层为空穴传输层或者电子传输层，当所述第一电荷传输层为空穴传输层时，所述第二电荷传输层为电子传输层；当所述第一电荷传输层为电子传输层时，所述第二电荷传输层为空穴传输层。
[0021]优选的，所述空穴传输层为2,2',7,7'
‑
四(N,N
‑
对甲氧苯胺基)
‑
9,9'
‑
螺二芴(Spiro
‑
MeOTAD)、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺)(PEDOT:PSS)、聚
‑
3已基噻吩(P3HT)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、氧化镍(NiO)或碘化亚铜(CuI)，所述空穴传输层本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：方法步骤包括：(1)向钙钛矿前驱体BX化合物溶液中加入丙烯酸类聚合物单体和引发剂，得到的溶液涂覆在基底上，加热使聚合物单体聚合，在基底上得到含有聚合物的BX化合物薄膜；(2)将钙钛矿前驱体A位阳离子溶液涂覆在所述含有聚合物的BX化合物薄膜上，加热退火，得到一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料；其中，丙烯酸类聚合物单体的添加量为BX化合物质量的0.01wt％
‑
0.1wt％。2.如权利要求1中所述的一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述丙烯酸类聚合物单体为甲基丙烯甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯、丙烯甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸三氟乙酯、丙烯酸三氟乙酯、丙烯酰胺或羟甲基丙烯酰胺；BX化合物中，B为Pb
2+
、Sn
2+
和Ge
2+
中的一种以上；X为Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、Ac
‑
、F
‑
、SCN和BF4‑
中一种以上；溶剂为N,N二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和氮甲基吡咯烷酮中的一种以上。3.如权利要求1中所述的一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述丙烯酸类聚合物单体的添加量为BX化合物质量的0.04wt％
‑
0.06wt％。4.如权利要求1中所述的一种钙钛矿
‑
聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，A位阳离子为CH3NH
3+
、NH2‑
CH＝NH
2+
、Cs
+
、Li
+
、C4H9NH
3+
、CH6N
3+
、Na
+
、Rb
+
和K
+
中的一种以上；溶剂为异丙醇。5.如权利要求1中所述的一种钙钛矿
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：陈棋，王浩，远贵周，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：