具有空穴提取型异质结构的钙钛矿太阳电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高效稳定空穴提取型异质结构的钙钛矿太阳电池的制备方法，制备方法包括：在空穴传输层上涂布界面层溶液，退火得到界面层；再在界面层上涂布钙钛矿前驱体溶液，退火得到钙钛矿活性层；其中，界面层溶液中，所用界面层材料包括4

【技术实现步骤摘要】
具有空穴提取型异质结构的钙钛矿太阳电池的制备方法


[0001]本专利技术属于太阳电池
，涉及一种具有高效稳定空穴提取型异质结构的钙钛矿太阳电池的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳电池(Perovskite solar cells)由于其低成本和高效率的特点，吸引了广泛的关注。钙钛矿太阳电池由透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、背电极以及各界面修饰层组成。经过十年的研究，钙钛矿太阳电池的认证效率已达到25.7％，但其稳定性依然存在问题，尤其是界面的稳定性。其中一个关键问题是空穴提取型异质结构不够稳定。在光照条件下，钙钛矿光电薄膜表界面处未成键的碘离子将捕获空穴形成碘原子，碘原子扩散与结合会形成碘蒸汽，从而导致空穴提取型异质结构处孔洞的形成。此外，空穴传输层与钙钛矿光电薄膜层间会发生负面化学反应，降低空穴传输层空穴提取能力，且会进一步导致异质结构的降解。因此亟需设计稳定的空穴提取型异质结来实现高效稳定的钙钛矿太阳电池。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就是提供一种具有高效稳定空穴提取型异质结构的钙钛矿太阳电池的制备方法。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]一种钙钛矿太阳电池的制备方法，包括：在空穴传输层上涂布界面层溶液，退火得到界面层；再在界面层上涂布钙钛矿前驱体溶液，退火得到钙钛矿活性层；
[0006]其中，所述的界面层溶液中，所用界面层材料包括4
‑
碘
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯甲酸(I
‑
TFBA)、4
‑
溴
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯甲酸(Br
‑
TFBA)、4
‑
氯
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯甲酸(Cl
‑
TFBA)、4
‑
氟
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯甲酸(F
‑
TFBA)、4
‑
碘
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸、4
‑
溴
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸、4
‑
氯
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸、4
‑
氟
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸中的一种或多种。
[0007]进一步地，所述的界面层溶液的浓度为0.1
‑
10mg/mL。
[0008]进一步地，所述的界面层溶液中，所用溶剂为异丙醇、乙醇、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜的一种或多种。
[0009]进一步地，所述的界面层溶液的涂布方法包括旋涂法、刮刀法、狭缝涂布或喷墨印刷法中的一种；所述的钙钛矿前驱体溶液的涂布方法包括旋涂法、刮刀法、狭缝涂布、喷墨印刷法或软覆盖沉积法中的一种。
[0010]进一步地，该制备方法包括：在透明导电基底上，依次堆叠空穴传输层、界面层、钙钛矿活性层、电子传输层及背电极。
[0011]进一步地，所述的空穴传输层制备方法包括：将含有0.1
‑
60mg/mL空穴传输层材料的溶液涂布至透明导电基底上；所述的涂布方法包括旋涂法、刮刀法、狭缝涂布法或喷墨印刷法中的一种。
[0012]进一步地，所述的空穴传输层材料包括CuSCN、CuI、CuS、CuGaO2、MoS2、钼氧化物、酞菁铜、铜镍复合氧化物、镍氧化物、WO3、矾氧化物、3
‑
己基噻吩的聚合物、聚咔唑
‑
噻吩
‑
苯并噻二唑
‑
噻吩、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴(spiro
‑
OMeTAD)、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺](PTAA)中的一种或多种；
[0013]所用溶剂为水、乙醇、氯苯或甲苯的一种或多种。
[0014]进一步地，所述的钙钛矿前驱体溶液中，包括摩尔比为(1.2
‑
1.5):(1.0
‑
1.4):(0.1
‑
0.14):(0.1
‑
0.15):(0.05
‑
0.1):(0.1
‑
0.5)的PbI2、FAI、PbBr2、MABr、CsI、MACl。
[0015]进一步地，所述的电子传输层中，所用电子传输层材料包括PCBM、C60、TiO2、SnO2、ZnO、SrTiO3、BaSnO3中的一种或多种。
[0016]进一步地，所述的背电极中，所用背电极材料包括金、银、铜、碳、氟掺杂的氧化锡、锡掺杂的氧化铟中的一种或多种。
[0017]本专利技术构建了一系列卤代分子作为钙钛矿光电薄膜层和空穴传输层之间的桥梁，通过界面层与空穴传输层之间的路易斯酸碱配位作用以及界面层与钙钛矿光电薄膜层之间的卤键作用，制备得到一种高效稳定的空穴提取型异质结构。该高效稳定的空穴提取型异质结构可显著钝化钙钛矿光电薄膜层未成键碘离子缺陷，从而进一步延缓碘蒸汽的形成，延缓光照条件下界面孔洞的形成，同时抑制空穴传输层与钙钛矿光电薄膜层间的负面化学反应；此外高定向的卤键有利于诱导钙钛矿晶体的取向生长，从而加快载流子传输。并且此方法显著提高了钙钛矿太阳能电池在光照条件下的稳定性，并进一步提高了钙钛矿太阳电池的光电转换效率。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：
[0019]1)本专利技术提供了一种高效稳定的空穴提取型异质结构构筑的技术，包括：将经过设计的界面层材料涂布在空穴传输层表面，界面层与空穴传输层之间的路易斯酸碱配位作用抑制空穴传输层与钙钛矿铵盐之间的反应。随后在界面层上方沉积钙钛矿光电薄膜，分子中的卤素原子可与钙钛矿中的碘离子形成强烈的卤键，从而钝化钙钛矿未成键的碘离子缺陷。此外，该卤键有利于诱导钙钛矿晶体的取向，并在光照条件下抑制了碘蒸汽的生成从而延缓孔洞的形成。因此，本专利技术能够进一步提高钙钛矿太阳电池的光电转换效率和稳定性；
[0020]2)基于本专利技术提供的高效稳定的空穴提取型异质结构构筑的技术，孔径面积0.09cm2的钙钛矿太阳电池，可获得超过22.1％的光电转换效率；
[0021]3)基于本专利技术提供的高效稳定的空穴提取型异质结构构筑的技术，钙钛矿太阳电池在AM1.5G太阳光(100mW cm
‑2)下持续光照1000小时后，仍然保持92％以上的初始效率。
附图说明
[0022]图1为实施例4中不同界面分子I
‑
TFBA、Br
‑
TFBA修饰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括：在空穴传输层上涂布界面层溶液，退火得到界面层；再在界面层上涂布钙钛矿前驱体溶液，退火得到钙钛矿活性层；其中，所述的界面层溶液中，所用界面层材料包括4
‑
碘
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2,3,5,6
‑
四氟苯甲酸、4
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溴
‑
2,3,5,6
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四氟苯甲酸、4
‑
氯
‑
2,3,5,6
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四氟苯甲酸、4
‑
氟
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯甲酸、4
‑
碘
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸、4
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溴
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸、4
‑
氯
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸、4
‑
氟
‑
2,3,5,6
‑
四氟苯磷酸中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的界面层溶液的浓度为0.1
‑
10mg/mL。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的界面层溶液中，所用溶剂为异丙醇、乙醇、二甲基甲酰胺或二甲基亚砜的一种或多种。4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述的界面层溶液的涂布方法包括旋涂法、刮刀法、狭缝涂布或喷墨印刷法中的一种；所述的钙钛矿前驱体溶液的涂布方法包括旋涂法、刮刀法、狭缝涂布、喷墨印刷法或软覆盖沉积法中的一种。5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，该方法包括：在透明导电基底上，依次堆叠空穴传输层、界面层、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王言博，张才益，韩礼元，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：