一种添加氧化牺牲剂的锡基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添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述方法包括如下步骤：制备锡基钙钛矿前驱体溶液；将氧化牺牲剂加入锡基钙钛矿前驱体溶液后制备在电子或空穴传输层上获得钙钛矿吸光层；在钙钛矿吸光层上依次制备空穴或电子传输层和顶电极得到太阳能电池。本发明专利技术采用的氧化牺牲剂会优先于锡基钙钛矿材料与氧化剂发生反应，解决了锡基钙钛矿太阳能电池在空气中易被氧化、不稳定的缺点，除此之外，牺牲剂被氧化后的产物具有功能性基团或可以融入钙钛矿晶格，从而发挥多重协同作用，钝化钙钛矿表面以及体相的缺陷，进一步提高锡基钙钛矿材料的稳定性。进一步提高锡基钙钛矿材料的稳定性。进一步提高锡基钙钛矿材料的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种添加氧化牺牲剂的锡基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
，具体涉及一种添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池具有吸光系数高、带隙可调、可溶液化制备等优点，受到新能源行业的广泛关注，光电转换效率(PCE)已从2009年的3.8％跃升到25.7％，前景十分广阔。传统的铅(Pb)基钙钛矿太阳能电池研究最普遍、光电转换效率最高，但铅元素具有很强的毒性，一旦泄露会对人体、动植物及环境造成不可估量的损害，这成为其商业化面临的最大挑战之一。因此研究人员转向使用其他金属元素作为钙钛矿材料的B位离子，如锡(Sn)、锗(Ge)、锑(Sb)等元素，其中锡(Sn)被认为是最有希望替代铅的候选元素，与铅相比：锡的毒性较低，化学性质和原子半径与铅相似；其次，锡基钙钛矿也是直接带隙半导体，具有优异的光电性质，如吸光系数高、带隙窄和载流子迁移率高等。
[0003]但是，锡基钙钛矿太阳电池的PCE(14.81％)仍落后于铅基钙钛矿，阻碍锡基钙钛矿太阳电池效率发展的主要原因有两点：第一，Sn
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在空气中稳定性差，易氧化成Sn
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，从而形成Sn空位，这会形成高浓度的p型掺杂，严重削弱载流子传输性能；第二，Sn原子最外层s轨道的电子活性远高于Pb原子，使得Sn
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与路易斯碱(例如氢碘酸甲胺MAI，氢碘酸甲脒FAI)的反应速度快于Pb
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，这种快速反应会造成锡基钙钛矿的结晶速度过快，导致不可控的晶体生长，使得制备的锡基钙钛矿薄膜质量变差。
[0004]为了克服锡基钙钛矿稳定性差和结晶质量低的缺点，各种抑制Sn
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氧化和调控结晶的策略被广泛应用锡基钙钛矿太阳电池的制备研究，例如：使用添加剂SnF2/SnCl2防止Sn
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进一步失去电子造成氧化；基于N，N～二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、氯苯(CB)和乙醚及其混合物的溶剂工程，以形成致密均匀的钙钛矿薄膜并提升其器件的稳定性；引入还原性添加剂如肼蒸气、盐酸肼(N2H5Cl)以及路易斯碱添加剂，使Sn
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还原为Sn
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并减缓锡基钙钛矿薄膜的形核结晶速率。虽然以上策略一定程度上抑制了Sn
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的氧化，并提升了锡基钙钛矿薄膜结晶质量，但是均为在Sn
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被氧化后的二次还原修复措施，存在滞后性，而且无法实现对于Sn
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的强耦合效应，因此对锡基钙钛矿太阳电池性能提升的贡献十分有限。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，有效抑制锡基钙钛矿材料在空气中的自发氧化，本专利技术提供了一种添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0006]制备锡基钙钛矿前驱体溶液；
[0007]将氧化牺牲剂加入锡基钙钛矿前驱体溶液后制备在电子或空穴传输层获得钙钛矿吸光层；
[0008]在钙钛矿吸光层上依次制备空穴或电子传输层和顶电极得到太阳能电池。
[0009]较佳的，制备锡基钙钛矿前驱体溶液前还包括如下步骤：在透明导电基底上制备电子或空穴传输层。
[0010]较佳的，所述氧化牺牲剂为肉桂醛及其衍生物、苯酚及其衍生物、苯二酚及其衍生物、间苯三酚及其衍生物、对羧基苯胺及其衍生物、卤化亚铁或拟卤化亚铁。
[0011]较佳的，所述氧化牺牲剂的浓度为0.02～0.04mol/L。
[0012]较佳的，制备锡基钙钛矿前驱体溶液的步骤包括：将碘化亚锡、氟化亚锡和甲脒碘化物、甲胺碘化物或碘化铯溶解于二甲基亚砜中，搅拌后得到锡基钙钛矿前驱体溶液。
[0013]较佳的，将氧化牺牲剂加入锡基钙钛矿前驱体溶液后制备在电子或空穴传输层获得钙钛矿吸光层的步骤包括：过滤加入氧化牺牲剂的锡基钙钛矿前驱体溶液，将所述溶液通过旋涂、刮涂、喷墨印刷或丝网印刷的方法制备在空穴传输层上获得钙钛矿吸光层。
[0014]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塑料基底或PI塑料基底，所述透明导电基底上制备氧化铟锡、氟掺杂二氧化锡或网格银薄膜作为导电层。
[0015]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。
[0016]较佳的，所述钙钛矿的分子结构为ASnX3，其中A为FA、MA、Cs中的一种或多种，X为Cl、Br、I中的一种或多种。
[0017]本专利技术提供了一种添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池，采用上述方法制备获得，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、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极，或，透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和顶电极。
[0018]本专利技术提供了一种添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，采用氧化牺牲剂使之优先于锡基钙钛矿材料与氧气发生反应，致力于解决锡基钙钛矿太阳能电池在空气中易被氧化、不稳定的缺点。除此之外，牺牲剂被氧化后的产物具有功能性基团，从而可发挥多重协同作用，钝化钙钛矿表面的缺陷，例如有机化合物肉桂醛在被氧化后生成肉桂酸，所含有的羧基等其他功能基团可以与Sn
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发生Lewis配位作用，与卤素阴离子能够形成氢键，从而进一步提高锡基钙钛矿材料的稳定性。而所列无机化合物如亚铁离子失去电子后离子半径变小，更利于其融入钙钛矿晶格中，弥补可能存在的锡空位，因而达到使用一种添加剂获得多重协同优化的目的。
附图说明
[0019]图1为添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；
[0020]图2为添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0021]其中，1为顶电极、2为空穴传输层、3为太阳能吸光层，4为电子传输层，5为透明导电基底。
具体实施方式
[0022]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。
[0023]实施例1
[0024]本实施例提供一种添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，如图1所示，具体步骤如下：
[0025]S100、将ITO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；使用移液枪将PEDOT：PSS溶液滴在ITO导电玻璃上方，然后以500rpm的转速旋转10s，再以4000rpm的转速旋转60s，然后将涂有PEDOT：PSS的ITO导电玻璃转移到手套箱中，在150℃下加热退火20min，PEDOT：PSS得到空穴传输层。
[0026]S200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：制备锡基钙钛矿前驱体溶液；将氧化牺牲剂加入锡基钙钛矿前驱体溶液后制备在电子或空穴传输层获得钙钛矿吸光层；在钙钛矿吸光层上依次制备空穴或电子传输层和顶电极得到太阳能电池。2.如权利要求1所述的添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述氧化牺牲剂为肉桂醛及其衍生物、苯酚及其衍生物、苯二酚及其衍生物、间苯三酚及其衍生物、对羧基苯胺及其衍生物、卤化亚铁或拟卤化亚铁。3.如权利要求1所述的添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备锡基钙钛矿前驱体溶液前还包括如下步骤：在透明导电基底上制备电子或空穴传输层。4.如权利要求1或2所述的添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述氧化牺牲剂的浓度为0.02～0.04mol/L。5.如权利要求1所述的添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备锡基钙钛矿前驱体溶液的步骤包括：将碘化亚锡、氟化亚锡和甲脒碘化物、甲胺碘化物或碘化铯溶解于二甲基亚砜中，搅拌后得到锡基钙钛矿前驱体溶液。6.如权利要求1所述的添加氧化牺牲剂的锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，将氧化牺牲剂加...

【专利技术属性】
技术研发人员：张懿强，张家浩，雷莹，朱万鑫，周子璇，施建涛，刘欣淼，宋延林，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：