一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，公开了一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池，低维钙钛矿薄膜的制备方法为：步骤一、称量对氟苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅、碘甲脒、甲基氯化胺和氯化铅，并分散于由二甲基甲酰胺和二甲基亚砜组成的混合溶液中，得低维钙钛矿前驱体溶液；步骤二、将所述低维钙钛矿前驱体溶液滴加在衬底上，快速旋涂10

【技术实现步骤摘要】
一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，特别涉及一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿材料由于具有高光吸收、低结合能、高缺陷容忍度、高载流子迁移率和长载流子扩散长度等优点，在太阳能电池发展中起到了举足轻重的作用。目前，三维钙钛矿太阳能电池认证的光电转化效率达到了25.7%，但其低稳定性有待进一步优化与提升。因此，三维电池器件的稳定性阻碍了其商业化进程。有趣的是，低维钙钛矿太阳能电池由于其有机间隔阳离子具有疏水性，而表现出非常好的稳定性，故具有较好的商业化应用前景。
[0003]低维钙钛矿薄膜由于多相结构的存在，是一种多量子阱结构的半导体材料。由于多量子阱结构具有量子限制效应，导致低维钙钛矿材料存在吸收系数低、载流子迁移率小及激子结合能大等缺点，致使低维钙钛矿太阳能电池的光伏性能较差。研究表明，调控低维钙钛矿薄膜中多相结构是提升电池器件光伏性能的一种简单有效方法之一。当低维钙钛矿薄膜中多相结构垂直于基片生长时，有利于载流子分离、传输与提取，有效提升电池器件的光伏性能。通常采用添加剂工程、溶剂工程以及热处理工程等策略调控多相结构生长模式。其中，热处理工程策略通常包括连续退火处理、按序升温退火处理、热旋涂处理等工艺。连续退火工艺是常用的退火工艺，使得低维钙钛矿薄膜中多相结构进行杂乱无序排列，主要降低了电池器件中短路电流密度。按序升温退火工艺虽然能促进低维钙钛矿晶粒增大，但不能促进低维钙钛矿中多相结构的垂直生长。经验证，热旋涂工艺能有效调控低维钙钛矿中多相结构的垂直生长，有利于提高电池器件的短路电流密度。但热旋涂工艺存在重复性难以控制的问题。
[0004]专利技术专利CN 108183166 B公开了一种波动退火工艺及用该工艺制备的钙钛矿太阳能电池，采用的波动热退火工艺，让钙钛矿晶粒出现快生长
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慢生长
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快生长
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慢生长这一过程，使得钙钛矿活性层晶粒会生长，并在慢生长这一环节上，钙钛矿的晶粒之间可以形成自组装过程，使得晶粒和晶粒之间的接触更加致密和均匀。但是此专利技术提出的波动热退火工艺对三维钙钛矿薄膜是有效的，对低维钙钛矿薄膜却并不适用。在低维钙钛矿薄膜形成过程中，不同n值的多相结构很容易也很快形成，如果高温时间长了，会严重损坏低维钙钛矿薄膜。因此，寻求一种对低维钙钛矿薄膜的高效生长行之有效的方式是我们研究的课题。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种低维钙钛矿薄膜的制备方法及其太阳能电池，通过高转速旋涂快速形成低维钙钛矿湿膜，再采用逆序降温退火工艺处理，不仅有利于制备多相结构垂直生长的低维钙钛矿薄膜，而且具有很好重复性，降低电池器件制备成本。本专利技术所述的逆序降温退火工艺，制备工艺简单、非常适宜工业化生
产。
[0006]技术方案：本专利技术提供了一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：步骤一、称量对氟苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅、碘甲脒、甲基氯化胺和氯化铅混合，得混合粉末，在所述混合粉末中加入二甲基甲酰胺和二甲基亚砜后搅拌处理，得低维钙钛矿前驱体溶液；步骤二、将所述低维钙钛矿前驱体溶液滴加在衬底上，以5000
‑
6000rpm的转速旋涂10
‑
20s后对其进行逆序降温退火处理，得低维钙钛矿薄膜；其中，所述逆序降温退火处理为先110~140℃加热4~10秒，后70~90℃加热5~10min。
[0007]进一步地，步骤一中，所述碘化铅、所述甲基氯化胺和所述氯化铅的化学计量摩尔比为10:1:1；和/或，所述对氟苯乙胺碘、所述碘甲胺、所述碘甲脒与所述碘化铅的化学计量摩尔比为2:0.9(n
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1):0.1(n
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1):n，其中n为无机层中八面体层数，且n为大于0小于等于10的自然数。
[0008]进一步地，步骤一中，所述低维钙钛矿前驱体溶液浓度为1
‑
1.2mol/L。
[0009]进一步地，步骤一中，所述二甲基甲酰胺和所述二甲基亚砜的体积比例为95：5。
[0010]优选地，步骤一中，所述搅拌处理为室温下搅拌3
‑
12小时。
[0011]本专利技术还提供一种钙钛矿太阳能电池：从下到上依次包括ITO导电玻璃、空穴传输层、低维钙钛矿薄膜、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层，所述低维钙钛矿薄膜由上述任一项方法制备而成。
[0012]进一步地，所述空穴传输层的材质为NiO
x
；和/或，所述电子传输层的材质为PCBM；和/或，所述空穴阻挡层的材质为BCP；和/或，所述金属电极层的材质为银或金中任一种，其厚度为60
‑
100nm。
[0013]优选地，所述空穴传输层上还设置有PTAA修饰层。
[0014]本专利技术还提供一种如上述任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤一、依次用清洗剂、去离子水、酒精对所述ITO导电玻璃进行超声波清洗，接着将所述清洗后的ITO导电玻璃臭氧处理15
‑
20分钟，然后将NiO
x
溶液滴加在所述臭氧处理后的ITO导电玻璃上，4000
‑
5000rpm的转速旋涂25
‑
35秒，将旋涂后的薄膜在230
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280℃下退火40
‑
60min，得所述空穴传输层；步骤二、在所述空穴传输层上制备低维钙钛矿薄膜；步骤三、将PCBM溶液滴加在所述低维钙钛矿薄膜上，2000
‑
3000rpm的转速旋涂55
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65秒，将旋涂后的薄膜在80
‑
90℃下退火8
‑
12min，得所述电子传输层；步骤四、将BCP溶液滴加在所述电子传输层上，3000
‑
4000rpm的转速旋涂25
‑
35秒，将旋涂后的薄膜在80
‑
90℃下退火8
‑
12min，得所述空穴阻挡层；步骤五、在所述空穴阻挡层上真空热蒸镀金属电极层，得钙钛矿太阳能电池。
[0015]进一步地，所述步骤二中，先在所述空穴传输层上制备PTAA修饰层，再在所述PTAA修饰层上制备低维钙钛矿薄膜；其中，通过以下具体步骤在所述空穴传输层上制备PTAA修饰层：
将PTAA溶液滴加在所述空穴传输层上，4500
‑
5500rpm的转速旋涂55
‑
65秒，将旋涂后的薄膜在90
‑
110℃下退火8
‑
12min，得所述PTAA修饰层。
[0016]有益效果：高温可以促进低维钙钛矿中多相结构的垂直生长，但是持续高温会破坏其晶体结构。本专利技术采用逆序降温退火工艺，不仅有利于制备多相结构垂直生长的低维钙钛矿薄膜，而且具有很好重复性，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、称量对氟苯乙胺碘、碘甲胺、碘化铅、碘甲脒、甲基氯化胺和氯化铅混合，得混合粉末，在所述混合粉末中加入二甲基甲酰胺和二甲基亚砜后搅拌处理，得低维钙钛矿前驱体溶液；步骤二、将所述低维钙钛矿前驱体溶液滴加在衬底上，以5000
‑
6000rpm的转速旋涂10
‑
20s后对其进行逆序降温退火处理，得低维钙钛矿薄膜；其中，所述逆序降温退火处理为先110~140℃加热4~10秒，后70~90℃加热5~10min。2.根据权利要求1所述的低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述碘化铅、所述甲基氯化胺和所述氯化铅的化学计量摩尔比为10:1:1；和/或，步骤一中，所述对氟苯乙胺碘、所述碘甲胺、所述碘甲脒与所述碘化铅的化学计量摩尔比为2:0.9(n
‑
1):0.1(n
‑
1):n，其中n为无机层中八面体层数，且n为大于0小于等于10的自然数。3.根据权利要求1所述的低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述低维钙钛矿前驱体溶液浓度为1
‑
1.2mol/L。4.根据权利要求1所述的低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述二甲基甲酰胺和所述二甲基亚砜的体积比例为95：5。5.根据权利要求1所述的低维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤一中，所述搅拌处理为室温下搅拌3
‑
12小时。6.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下到上依次包括ITO导电玻璃、空穴传输层、低维钙钛矿薄膜、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层，所述低维钙钛矿薄膜由权利要求1
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5中任一项方法制备而成。7.根据权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的材质为氧化镍薄膜，简写为NiO
x
薄膜；和/或，所述电子传输层的材质为PCBM；和/或，所述空穴阻挡层的材质为BCP；和/或，所述金属电极层的材质为银或金中任一种，其厚度为60
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100nm。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢中祺，蒋青松，吴岳，魏梦园，赵娅，王春香，杨潇，荀威，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：