一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法技术

本发明专利技术公开了一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：采用经碱金属卤化盐改性的低温SnO2作为电子传输层，通过旋涂技术将含有一定量苯甲胺盐添加剂的钙钛矿前驱体溶液滴涂在电子传输层上，采用两步退火法，通过调节添加剂的浓度，在全空气环境中实现致密均匀CsPbI3薄膜的制备，随后再旋涂Spiro

【技术实现步骤摘要】
一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法


[0001]本专利技术涉及薄膜钙钛矿太阳能电池材料及器件领域，具体涉及一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法。

技术介绍

[0002]随着工业化生产的不断推进，社会的不断发展，人们对自然资源的使用日渐增多，而化石燃料作为不可再生资源，正逐渐走向匮乏，且其引起的环境污染也受到人们越来越多的关注。太阳能是可再生的、清洁的、丰富的，可以通过光伏将其转化为电能来利用。太阳能电池自上世纪60年代以来正以飞快的速度发展，如今已能实现硅基太阳能电池的商业化应用。但受原材料的昂贵及加工工艺的复杂，极大的限制了硅基太阳能电池的发展。在过去的十年里，钙钛矿太阳能电池(PSC)作为第三代光伏的代表成为了一项有前途的未来技术。金属卤化物钙钛矿半导体显示出优异的光电性能例如可调带隙、优异的光收集能力和较长的电荷载流子寿命。自2009年至今，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池其光电转换效率从3.8％迅速提升到了25.7％。然而，光吸收层组分里的有机成分极大限制了有机无机杂化钙钛矿太阳能电池在高温环境中的长期使用，科研人员因此提出了采用全无机钙钛矿作为光吸收层来提高电池的热稳定性。
[0003]目前，大多数无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池的制备需要手套箱或干燥空气箱，这极大限制了工业化生产可能，并增添了实验的复杂性，且高效无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池均需使用高温TiO2作为电子传输层，极大增加了生产制备过程的能量损耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法，其使得CsPbI3薄膜在环境空气中能够均匀致密成膜，极大降低严苛的制备工艺要求。
[0005]在本专利技术的一个方面，本专利技术提出了一种钙钛矿前驱体溶液的制备方法。根据本专利技术的实施例，包括以下步骤：将碘化铯、碘化铅及二甲基碘化铵按摩尔比1：1：1～1.5溶于DMF溶剂中，并向其中加入苯甲胺盐作为添加剂，在60～80℃的环境下搅拌2～4小时，即得所述钙钛矿前驱体溶液。
[0006]另外，根据本专利技术上述实施例的一种钙钛矿前驱体溶液的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0007]在本专利技术的一些实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液浓度为0.6～1.0mol/L，所述苯甲胺盐为1，4苯二甲胺盐，所述苯甲胺盐浓度为1～6mg/mL。
[0008]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种CsPbI3薄膜的制备方法。根据本专利技术的实施例，包括以下步骤：
[0009](1)在清洗过的FTO透明导电玻璃片上旋涂沉积电子传输层；
[0010](2)在不经任何处理的环境空气下将配置好的钙钛矿的前驱体溶液旋涂在有电子传输层的FTO透明导电玻璃片上，依次经过70℃3～5分钟、100～200℃15～20分钟的梯度退火，得到CsPbI3光吸收层，即为CsPbI3薄膜。
[0011]另外，根据本专利技术上述实施例的一种CsPbI3薄膜的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0012]在本专利技术的一些实施例中，所述电子传输层为经碱金属卤化盐改性的SnO2。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，所述电子传输层的制备方法包括以下步骤：
[0014](1)将质量比为15％的SnO2水溶液按照1：3的体积比加水稀释，将碱金属卤化盐AX加入到SnO2水溶液重，常温搅拌40
‑
50min，过滤得到SnO2前驱体溶液，其中碱金属卤化盐AX中的A为Li、Na、K、Rb、Cs中的任一种，X为F、Cl、Br、I中的任一种；
[0015](2)取SnO2前驱体溶液旋涂到干净的FTO导电玻璃表面，先以800～1500转/min的转速旋涂3秒，再以2500～4000转/min的转速旋涂30～40秒，即得电子传输层。
[0016]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(2)中，FTO透明导电玻璃片和前驱体溶液温度为50～70℃，旋涂方式为先800～1000转/min旋涂8～10秒，再3000～4000转/min旋涂30～40秒。
[0017]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法。根据本专利技术的实施例，包括以下步骤：
[0018](1)在所述的FTO透明导电玻璃片上的CsPbI3薄膜上旋涂空穴传输层；
[0019](2)在空穴传输层上真空蒸镀金属电极Ag，即得所述一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法。
[0020]另外，根据本专利技术上述实施例的一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法，还可以具有如下附加的技术特征：
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(1)中，空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD，空穴传输层的制备方法包括以下步骤:
[0022](1)将70～80mg的Spiro
‑
OMeTAD溶解在1～1.1mL的氯苯中得到Spiro
‑
OMeTAD混合溶液；
[0023](2)将500～530mg的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂溶解在1～1.1mL的乙腈溶液中，得到锂盐溶液；
[0024](3)将TBP溶液添加25～30μL到步骤(1)中获得的Spiro
‑
OMeTAD混合溶液中；
[0025](4)将步骤(2)获得的锂盐溶液添加15～20μL到步骤(3)获得的溶液中；
[0026](5)将步骤(4)获得的混合溶液常温搅拌30～40min；
[0027](6)将步骤(5)搅拌之后的溶液旋涂到CsPbI3薄膜上，旋涂转速为3000～4000转/min，旋涂时间为30～40秒。
[0028]在本专利技术的一些实施例中，所述步骤(2)中，在3*10
‑4Pa的压强下真空蒸镀80nm厚的金属Ag电极，蒸镀速率为1～2A
°
/s。
[0029]在本专利技术的另一方面，本专利技术提出了一种一种大气环境制备高效稳定CsPbI3无机钙钛矿太阳能电池的方法。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0031]1)现有的全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池的制备大多需要在湿度RH<30％的干燥
箱或干燥盒中进行，极大增加电池制备的复杂性与不可控性，然而本专利技术制备的CsPbI3薄膜不需要特意控制环境湿度，利用苯甲胺盐的强疏水性，可以抵抗成膜过程水分对钙钛矿层的侵蚀，极大改善了空气制备出的薄膜的质量，使得CsPbI3薄膜在环境空气中能够均匀致密成膜，极大降低严苛的制备工艺要求。
[0032]2)现有的高效全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池的制备大多需要采用高温TiO2作为电子传输材料，近500℃的退火温度极大增加了生产的耗能，然而本专利技术采用仅需要150℃即可退火完成的SnO2作为电子传输层，并利本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿前驱体溶液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将碘化铯、碘化铅及二甲基碘化铵按摩尔比1：1：1～1.5溶于DMF溶剂中，并向其中加入苯甲胺盐作为添加剂，在60～80℃的环境下搅拌2～4小时，即得所述钙钛矿前驱体溶液。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿前驱体溶液的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液浓度为0.6～1.0mol/L，所述苯甲胺盐为1，4苯二甲胺盐，所述苯甲胺盐浓度为1～6mg/mL。3.一种CsPbI3薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在清洗过的FTO透明导电玻璃片上旋涂沉积电子传输层；(2)在不经任何处理的环境空气下将按照权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液的制备方法配置好的钙钛矿前驱体溶液旋涂在有电子传输层的FTO透明导电玻璃片上，依次经过70℃3～5分钟、100～200℃15～20分钟的梯度退火，得到CsPbI3光吸收层，即为CsPbI3薄膜。4.根据权利要求3所述的一种CsPbI3薄膜的制备方法，其特征在于：所述电子传输层为经碱金属卤化盐改性的SnO2。5.根据权利要求4所述的一种CsPbI3薄膜的制备方法，其特征在于，所述电子传输层的制备方法包括以下步骤：(1)将质量比为15％的SnO2水溶液按照1：3的体积比加水稀释，将碱金属卤化盐AX加入到SnO2水溶液重，常温搅拌40
‑
50min，过滤得到SnO2前驱体溶液，其中碱金属卤化盐AX中的A为Li、Na、K、Rb、Cs中的任一种，X为F、Cl、Br、I中的任一种；(2)取SnO2前驱体溶液旋涂到干净的FTO导电玻璃表面，先以800～1500转/min的转速旋涂3秒，再以2500～4000转/min的转速旋涂30～40秒，旋涂完在130～160℃加热台退火30～40分钟，即得电子传输层。6.根据权利要求3所述的一种CsPbI3薄膜的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，FTO透明导电玻璃片和前驱体溶液温度为50～70℃，旋涂方式为先800～1000...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗派峰，古寅生，张敏，陈龙，孙柏林，俞少华，
申请(专利权)人：安徽英发睿能科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：