一种基于生物改性的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生物改性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述方法包括如下步骤：在透明导电基底上制备电子或空穴传输层；将稀土基血红素溶液旋涂于电子或空穴传输层上形成血红素衍生物修饰层；将钙钛矿前驱体溶液旋涂在血红素衍生物修饰层上得到钙钛矿薄膜层；在钙钛矿薄膜上旋涂空穴或电子传输层并制备顶电极，得到钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术在钙钛矿太阳能电池中添加的血红素衍生物具有多重协同效应，可以抑制钙钛矿薄膜中缺陷诱导的非辐射复合、可以提升器件的载流子迁移率，更为重要的是由于福斯特共振能量转移效应，可以提高太阳光谱紫外波段的利用率，减少钙钛矿薄膜在紫外光下的分解，提升器件的能量转换效率和光热稳定性。率和光热稳定性。率和光热稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物改性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种基于生物改性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，有机
‑
无机杂化卤化物钙钛矿太阳能电池发展迅速，其光电转换效率(PCE)已经从最初的3.9％跃升至25.7％，这得益于其优异的光电性能，如吸光系数高、带隙可调和低成本溶液加工等。然而溶液法制备的钙钛矿薄膜会在晶界处或表面处产生大量缺陷，从而通过诱导非辐射复合造成严重的能量损失；除此之外，钙钛矿材料的光谱响应区间集中在可见光区域，无法有效利用紫外和红外光波段的光子能量，多余的紫外光还会引起钙钛矿的热化和降解损失。因此，钝化钙钛矿膜的表/界面缺陷和提高器件的光热稳定性是提升钙钛矿太阳能电池效率的重要途径。
[0003]早期研究证明在大量有机分子中，含有羧基的金属卟啉基大分子杂环化合物可以作为钙钛矿薄膜的钝化剂，起到控制结晶和减少缺陷的作用，从而提升器件的光电性能(Advanced Functional Materials,2021,31,2007762)。在钙钛矿的前驱体溶液中加入Eu
‑
单卟啉配合物，能够形成二维钙钛矿相，可以大幅提高器件稳定性，但光电转换效率反而有所降低(Advanced Science,2019,6,1802040)。以上研究均为单一功能性改善，无法在实现钙钛矿太阳电池的缺陷钝化和稳定性提升的同时，进一步提升钙钛矿器件能量转换效率。
[0004]本专利技术，受1948年提出的共振能量转移理论模型启发，即给体与受体之间可以通过偶极子到偶极子的相互作用将给体吸收的光子能量传递给受体，然后该能量可由后者以发射光子的形式释放出来。鉴于稀土元素拥有特殊的4f层电子结构，可以吸收紫外光后将其转换为可见光光子能量，该可见光能量能够被钙钛矿薄膜有效吸收，因而可以提高钙钛矿太阳电池的紫外光利用率、并提升器件的紫外光稳定性。本专利技术能够实现钙钛矿太阳电池的缺陷有效钝化、光热稳定性增强和器件效率提升的多重协同作用。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于生物改性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括如下步骤：
[0006]在透明导电基底上制备电子或空穴传输层；
[0007]将稀土基血红素溶液旋涂于电子或空穴传输层形成血红素衍生物修饰层；
[0008]将钙钛矿前驱体溶液旋涂在血红素衍生物修饰层上得到钙钛矿薄膜层；
[0009]在血红素衍生物修饰层上旋涂空穴或电子传输层并制备顶电极，得到钙钛矿太阳能电池。
[0010]较佳的，所述稀土基血红素溶液中的稀土为铕元素、钐元素、铈元素、铽元素或镝元素。
[0011]较佳的，将稀土基血红素溶液旋涂在电子或空穴传输层上，形成血红素衍生物修
饰层的具体步骤为：将稀土基血红素先用氯苯溶解，再旋涂于所述电子或空穴传输层形成血红素衍生物修饰层。
[0012]较佳的，所述稀土基血红素溶液的浓度为0.05～0.2mmol/L。
[0013]较佳的，所述稀土基血红素由卟吩衍生物和稀土离子的醋酸盐反应合成。
[0014]较佳的，所述稀土基血红素的制备方法为：将卟吩衍生物溶于甲醇，将稀土离子的醋酸盐溶于氯仿，混合反应得到稀土基血红素；将稀土基血红素溶于氯苯和乙酸组成的混合溶剂中得到稀土基血红素溶液。
[0015]较佳的，氯苯和乙酸组成的混合溶剂中氯苯和乙酸比例为9：1。
[0016]较佳的，所述透明导电基底为玻璃基底、石英基底、PET塑料基底、PEN塑料基底、PI塑料基底中的一种，并在其上制备氧化铟锡、氟掺杂二氧化锡或网格银薄膜中的一种作为导电层。
[0017]较佳的，所述电子传输层材料为ZnO、TiO2、SnO2、PCBM、富勒烯、富勒烯衍生物中的一种或多种。
[0018]较佳的，所述的钙钛矿薄膜的分子结构为ABX3，其中A为FA、MA、Cs中的一种或多种，B为Pb、Sn中的一种或多种，X为Cl、Br、I中的一种或多种。
[0019]较佳的，所述空穴传输层材料为聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]、聚3,4
‑
乙烯二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐、氧化镍、氧化铜、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴、硫氰酸亚铜、氧化钼中的一种或多种。
[0020]较佳的，所述顶电极为为Au电极、Ag电极、Al电极、Cu电极、碳电极、PH1000聚合物电极、金属氧化物电极中的一种或多种。
[0021]本专利技术还提供一种基于生物改性的钙钛矿太阳能电池，采用上述方法制备获得基于生物改性的钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池的结构由下至上依次为：透明导电基底、电子传输层、血红素衍生物修饰层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和顶电极，或，透明导电基底、空穴传输层、血红素衍生物修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层和顶电极。
[0022]本专利技术在钙钛矿太阳能电池中添加的血红素衍生物具有多重协同作用，可以钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷，有效抑制了钙钛矿太阳能电池中缺陷诱导的非辐射复合，促进了载流子传输性能；血红素衍生物中含有稀土离子，可以提高太阳光谱紫外波段的利用，减少钙钛矿薄膜在紫外光下的分解，提升器件的能量转换效率。本专利技术实现了新的天然大分子及其衍生物在钙钛矿领域的应用，提升了钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和能量转换效率。
附图说明
[0023]图1为基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；
[0024]图2为基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0025]图3为实施例1/2/3/4中的稀土基血红素及其合成路径(以铕基血红素Eu
‑
Hgb为例)；
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]实施例1
[0028]本实施例提供一种基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
[0029]S110、将FTO导电玻璃在去离子水、丙酮、乙醇和异丙醇中连续超声洗涤15min，然后在氮气条件下干燥，用紫外/臭氧处理20～30min；用移液枪取1.0mL15％的SnO2溶液，添加4.6mL去离子水，将SnO2溶液的浓度稀释至2.67％制备成电子传输层前驱体溶液，电子传输层前驱体溶液还可以为ZnO、TiO2溶液，配置方法与SnO2溶液的配置方法相同；将所述电子传输层前驱体溶液过滤后以4000r/min的转速持续30s旋涂于FTO导电玻璃本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：在透明导电基底上制备电子或空穴传输层；将稀土基血红素溶液旋涂于电子或空穴传输层上形成血红素衍生物修饰层；将钙钛矿前驱体溶液旋涂在血红素衍生物修饰层上得到钙钛矿薄膜层；在钙钛矿薄膜层上旋涂空穴或电子传输层并制备顶电极，得到钙钛矿太阳能电池。2.如权利要求1所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述稀土基血红素溶液中的稀土为铕元素、钐元素、铈元素、铽元素或镝元素。3.如权利要求1所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，将稀土基血红素溶液旋涂在电子或空穴传输层上，形成血红素衍生物修饰层的具体步骤为：将稀土基血红素先用氯苯溶解，再旋涂于所述电子或空穴传输层形成血红素衍生物修饰层。4.如权利要求1所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述稀土基血红素溶液的浓度为0.05～0.2mmol/L。5.如权利要求1所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述稀土基血红素由卟吩衍生物和稀土离子的醋酸盐反应合成。6.如权利要求5所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述稀土基血红素的制备方法为：将卟吩衍生物溶于甲醇，将稀土离子的醋酸盐溶于氯仿，混合反应得到稀土基血红素；将稀土基血红素溶于氯苯和乙酸组成的混合溶剂中得到稀土基血红素溶液。7.如权利要求6所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，氯苯和乙酸组成的混合溶剂中氯苯和乙酸比例为9：1。8.如权利要求1所述的基于生物改性的钙钛矿太阳能电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张懿强，陈格，张家浩，雷莹，徐恺胤，丁羽彤，刘欣淼，宋延林，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：