一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层包含添加剂，所述添加剂选自千金藤素、防己诺林碱和小檗胺中的至少一种。本发明专利技术提供的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿吸光层的成膜质量较高，钙钛矿太阳能电池的开路电压、填充因子和光电转换效率都有明显的增加；并且所使用的千金藤属生物碱材料来自于自然界天然产物，无毒性，对环境友好。对环境友好。对环境友好。

【技术实现步骤摘要】
一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体而言，涉及一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着能源需求的增长和对环境保护的愈加重视，清洁、可再生的绿色能源成为人们的研究热点，太阳能电池器件由于能利用光伏效应将太阳能直接转化成电能而备受关注。钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、成本低廉和种类丰富等优点，近十年光电转换效率(PCE)增长迅速。目前，钙钛矿太阳能电池的PCE已经达到经认证的25.7％，已经可以与发展成熟的硅太阳能电池相媲美，达到了商业化的效率要求。钙钛矿太阳能电池器件中的钙钛矿吸光层是光生激子发生分离的场所，钙钛矿薄膜质量的优劣严重影响钙钛矿太阳能电池的光电性能。由于钙钛矿组分中存在有机阳离子，在外界因素(如光照、湿度、应力和温度等)的作用下会较快发生分解；并且钙钛矿具有多晶结构，钙钛矿光活性层拥有大量的晶体缺陷，成为光生载流子的复合位点以及水、氧等的渗透通道，降低了太阳能电池的稳定性及光电性能。因此高质量钙钛矿薄膜成为优异钙钛矿光伏器件的必要条件。
[0003]通过向钙钛矿前驱体溶液中添加合适的添加剂，添加剂分子与钙钛矿组分间发生相互作用，从而有效钝化缺陷，提高钙钛矿薄膜的质量，对于提高钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性具有重要意义。生物分子具有环保、成本低、来源广和种类丰富等优点，作为添加剂用于改善钙钛矿太阳能电池的光电性能和稳定性具有一定的优势，现有技术中也公开了一些生物分子添加剂，然而这些生物分子添加剂虽然可以起到钝化钙钛矿晶体缺陷的作用，但是难以在钙钛矿晶界处富集，导致对钙钛矿晶界处存在的未配位的Pb
2+
和Pb团簇缺陷的钝化效果有限，因而对钙钛矿太阳能电池性能的提升效果不佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是在确保生物分子添加剂对钙钛矿的结晶性和晶体内部缺陷有效改善的基础上，进一步提高添加剂对钙钛矿晶界处存在的未配位的Pb
2+
和Pb团簇缺陷的钝化效果，使钙钛矿吸光层的薄膜质量有效改善，减少非辐射复合位点和光生载流子损失，从而进一步提升钙钛矿太阳能电池的性能。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层包含添加剂，所述添加剂选自千金藤素、防己诺林碱和小檗胺中的至少一种。
[0007]优选地，所述千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池还包括导电基底、氧化锡电子传输层、Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层和电极层，且所述导电基底、所述氧化锡电子传输层、所述钙钛矿吸光层、所述Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层和所述电极层从下至上依次排列。
[0008]优选地，所述千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池还包括导电基底、SAM
空穴传输层、PCBM电子传输层、BCP电子修饰层和电极层，且所述导电基底、所述SAM空穴传输层、所述钙钛矿吸光层、所述PCBM电子传输层、所述BCP电子修饰层和所述电极层从下至上依次排列。
[0009]本专利技术还提供了一种如上所述的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0010]步骤S1、将导电基底进行清洗吹干并用紫外臭氧处理后，在所述导电基底上旋涂氧化锡溶液，退火处理，制得氧化锡电子传输层；
[0011]步骤S2、将添加剂掺杂到钙钛矿前驱体溶液中，加热并搅拌，得到含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液；将所述含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述氧化锡电子传输层上，退火处理，得到钙钛矿吸光层；
[0012]步骤S3、在所述钙钛矿吸光层上旋涂Spiro
‑
OMeTAD溶液，制得Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层；
[0013]步骤S4、在所述Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层上增设电极层，得到钙钛矿太阳能电池。
[0014]优选地，所述步骤S2中，所述添加剂为千金藤素，所述含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液中所述添加剂的掺杂量为0.1
‑
2.5mg/mL。
[0015]优选地，所述步骤S2中，所述钙钛矿前驱体溶液包含钙钛矿材料和前驱体溶剂，所述钙钛矿材料包括甲胺铅溴和甲脒铅碘。
[0016]优选地，所述步骤S3中，所述Spiro
‑
OMeTAD溶液中添加有钴盐。
[0017]优选地，所述步骤S1中，所述退火处理的温度为150
‑
180℃，所述退火处理的时间为10
‑
30min。
[0018]优选地，所述步骤S2中，在将所述含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述氧化锡电子传输层上的过程中，滴加反溶剂。
[0019]本专利技术还提供了一种如上所述的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0020]步骤M1、将导电基底进行清洗吹干并用紫外臭氧处理后，在所述导电基底上旋涂SAM溶液，退火处理，制得SAM空穴传输层；
[0021]步骤M2、将添加剂掺杂到钙钛矿前驱体溶液中，加热并搅拌，得到含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液；将所述含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述SAM空穴传输层上，退火处理，得到钙钛矿吸光层；
[0022]步骤M3、在所述钙钛矿吸光层上旋涂PCBM溶液，退火处理，制得PCBM电子传输层；
[0023]步骤M4、在所述PCBM电子传输层上旋涂BCP溶液，退火处理，制得BCP电子修饰层；
[0024]步骤M5、在所述BCP电子修饰层上增设电极层，得到钙钛矿太阳能电池。
[0025]本专利技术提供的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池与现有技术相比，优势在于向钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿吸光层中掺杂千金藤素、防己诺林碱或小檗胺，千金藤素、防己诺林碱和小檗胺的分子结构中的氧与钙钛矿组分元素间产生相互作用，能有效钝化钙钛矿吸光层未配位的Pb
2+
和Pb团簇缺陷，减少钙钛矿太阳能电池的光生载流子损失，改善钙钛矿薄膜形貌和结晶性，有效地提升了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；与未掺杂千金藤素、防己诺林碱或小檗胺的钙钛矿太阳能电池相比，本专利技术的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿吸光层的成膜质量较高，钙钛矿太阳能电池的开路电压、填充因子和光电转
换效率都有明显的增加，并且所使用的添加剂材料千金藤属生物碱来自于自然界天然产物，无毒性，对环境友好。相比于现有技术中采用的其它生物分子添加剂，千金藤素、防己诺林碱或小檗胺等作为添加剂，除可以对钙钛矿晶体的内部缺陷进行有效钝化，由于千金藤素、防己诺林碱或小檗胺的分子体积较大，进入到钙钛矿晶体晶格内部的数量相对较少，大部分的分子会富集在钙钛矿晶界处，可以更有效的钝化晶界处存在的未配位的Pb
2+
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层包含添加剂，所述添加剂选自千金藤素、防己诺林碱和小檗胺中的至少一种。2.根据权利要求1所述的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括导电基底、氧化锡电子传输层、Spiro
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OMeTAD空穴传输层和电极层，且所述导电基底、所述氧化锡电子传输层、所述钙钛矿吸光层、所述Spiro
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OMeTAD空穴传输层和所述电极层从下至上依次排列。3.根据权利要求1所述的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括导电基底、SAM空穴传输层、PCBM电子传输层、BCP电子修饰层和电极层，且所述导电基底、所述SAM空穴传输层、所述钙钛矿吸光层、所述PCBM电子传输层、所述BCP电子修饰层和所述电极层从下至上依次排列。4.一种千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1或2所述的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池，包括以下步骤：步骤S1、将导电基底进行清洗吹干并用紫外臭氧处理后，在所述导电基底上旋涂氧化锡溶液，退火处理，制得氧化锡电子传输层；步骤S2、将添加剂掺杂到钙钛矿前驱体溶液中，加热并搅拌，得到含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液；将所述含有添加剂的钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述氧化锡电子传输层上，退火处理，得到钙钛矿吸光层；步骤S3、在所述钙钛矿吸光层上旋涂Spiro
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OMeTAD溶液，制得Spiro
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OMeTAD空穴传输层；步骤S4、在所述Spiro
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OMeTAD空穴传输层上增设电极层，得到钙钛矿太阳能电池。5.根据权利要求4所述的千金藤属生物碱作添加剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述添加剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛子义，李军，谢莉莎，刘畅，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：