一种大面积钙钛矿层及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种大面积钙钛矿层及其制备方法，所述制备方法包括：将组成钙钛矿的原料溶于离子液体，或离子液体与有机溶剂的混合物中，形成钙钛矿前驱体，将钙钛矿前驱体涂布于晶体硅底电池的表面，制备得到钙钛矿层。本发明专利技术通过将钙钛矿的原料溶于离子液体，或离子液体和有机溶剂的混合物中，形成钙钛矿前驱体，减少了空气中的水氧对从钙钛矿前驱体的影响，从而能够在空气气氛下进行钙钛矿层的制备，进一步地结合涂布的方式，能够制备大面积钙钛矿层，适合工业化生产。适合工业化生产。适合工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种大面积钙钛矿层及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种大面积钙钛矿层及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能电池器件的能量转换效率是器件的关键性能之一。目前占据光伏市场绝对主体的晶体硅太阳电池，其材料吸收带隙为1.12eV，不能合理利用太阳光谱中短波长的光。而近年来获得光伏领域持续关注的钙钛矿材料，不仅可以通过改变钙钛矿材料的组分，实现其带隙在1.5至2.3eV范围内的可控调节。同时钙钛矿材料成本低廉，制备简便。若以晶体硅电池为基底，沉积宽带隙钙钛矿顶电池构成叠层太阳电池，就能在成本增加甚微的前提下，更大限度的拓宽光谱响应，进而极大的提高器件的效率。晶体硅底电池
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钙钛矿顶电池的两端叠层太阳电池的理论效率可达44％，是非常有望颠覆市场的下一代新型光伏电池技术。
[0003]然而，钙钛矿材料对空气中的水氧等因素十分敏感，因此目前高效钙钛矿太阳电池主要在手套箱内制备完成。目前现有常规技术方案中，钙钛矿前驱体溶液制备仍需接触空气中的水氧，一方面，一些易于水互溶的溶剂，容易吸收水份，进入前驱体溶液后不易被去除；另一方面，前驱体中的组分容易被氧化，造成各组分反应不充分，形成缺陷，影响器件性能。而钙钛矿叠层电池要想走向商业化，需满足器件在空气中的制备，并能适应不同湿度的变化。
[0004]CN109065725A公开了一种在钙钛矿层加入表面活性剂制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法，钙钛矿太阳能电池由导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极依次堆叠组成，该专利技术通过在钙钛矿前驱体溶液中加入阳离子表面活性剂并调控阳离子表面活性剂的含量，制备成钙钛矿层，降低了薄膜的表面缺陷，调控了钙钛矿活性层的薄膜形貌和结晶性，同时提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率及其电池稳定性，为制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池提供了新的制备途径。该专利技术工艺简单，成本低廉，有助于提高钙钛矿太阳能电池的光电性能及其稳定性，具有良好的商业应用前景。
[0005]CN110718632A公开了一种制备大面积钙钛矿层的方法和钙钛矿太阳能电池，该方法包括以下步骤：在基体上涂覆钙钛矿前驱体溶液形成钙钛矿前驱体层；加入混合反溶剂，退火处理制得钙钛矿层；混合反溶剂为A溶剂和B溶剂混合形成的混合溶剂，A溶剂选自甲苯、氯苯、二氯甲烷、乙酸乙酯、苯甲醚、乙醚中的任一种，B溶剂选自甲苯、氯苯、二氯甲烷、乙酸乙酯、苯甲醚、3
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6个碳原子的一元醇中的任一种，A溶剂与B溶剂不同，A溶剂占混合反溶剂的体积比为10～90％。该专利技术利用混合反溶剂减少了钙钛矿前驱液结晶过程的过饱和度，使得结晶成核位点均匀生成，最终得到成膜均一、晶粒尺寸大的钙钛矿薄膜，在制备大面积钙钛矿器件领域具有良好的应用前景。
[0006]现有钙钛矿层存在制备工艺要求高、均匀性差和不能大面积制备的问题，因此如何在保证钙钛矿层具有均匀性好的情况下，还能够达到制备工艺要求低和大面积制备的要求，成为目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种大面积钙钛矿层及其制备方法，通过将钙钛矿的原料溶于离子液体，或离子液体和有机溶剂的混合物中，形成钙钛矿前驱体，减少了空气中的水氧对从钙钛矿前驱体的影响，从而能够在空气气氛下进行钙钛矿层的制备，进一步地结合涂布的方式，能够制备大面积钙钛矿层，适合工业化生产。
[0008]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供了一种大面积钙钛矿层的制备方法，所述制备方法包括：
[0010]将组成钙钛矿的原料溶于离子液体，或离子液体与有机溶剂的混合物中，形成钙钛矿前驱体，将钙钛矿前驱体涂布于晶体硅底电池的表面，制备得到钙钛矿层。
[0011]本专利技术通过将钙钛矿原料溶于离子液体，或离子液体和有机溶剂的混合物中，在前驱体制备钙钛矿层过程中，减少了空气中的水氧的影响，进一步地，结合涂布操作，实现钙钛矿层在空气中更加高效的大面积制备，从而提升钙钛矿基电池的生产效率，而且本专利技术制备得到的钙钛矿层形貌均匀，具有制备方法简单、适合工业化生产和成本低等特点。
[0012]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述钙钛矿的原料包括金属卤化物和添加剂。
[0013]优选地，所述金属卤化物和添加剂的摩尔比为(0.5～1.5):1，例如为0.5:1、0.6:1、0.7:1、0.8:1、0.9:1、1.0:1、1.1:1、1.2:1、1.3:1、1.4:1或1.5:1。
[0014]优选地，所述金属卤化物包括SnI2、SnBr2、SnF2、SnCl2、PbI2、PbBr2或PbCl2中的一种或至少两种的组合。
[0015]优选地，所述添加剂包括CH3NH3I、CH3NH3Cl、CH3NH3Br、CH2(NH2)2I、CH2(NH2)2Br、CH2(NH2)2Cl、CsI、RbI、KI、CsBr或CsCl中的一种或至少两种的组合。
[0016]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述钙钛矿前驱体中钙钛矿的原料的摩尔浓度为0.1～5mol/L，例如为0.1mol/L、0.5mol/L、1.0mol/L、1.5mol/L、2.0mol/L、2.5mol/L、3.0mol/L、3.5mol/L、4.0mol/L、4.5mol/L或5.0mol/L。
[0017]优选地，所述有机溶剂与离子液体的体积比为(0～1000):1，例如为10:1、50:1、100:1、200:1、300:1、400:1、500:1、600:1、700:1、800:1、900:1或1000:1，进一步优选为(0～100):1。
[0018]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述离子液体包括1,1,1
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三氟乙基碘化铵、甲酸甲胺、醋酸甲铵、二氟乙酸甲铵或1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或至少两种的组合。
[0019]优选地，所述有机溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四亚甲基亚砜、环丁砜或N
‑
甲基吡咯烷酮中的一种或至少两种的组合。
[0020]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述涂布的步骤包括：先将钙钛矿前驱体涂布于基底表面，再进行旋涂处理薄膜中剩余的溶剂。
[0021]优选地，所述基底包括沉积有ITO的玻璃基底、沉积有FTO的玻璃基底、聚酰亚胺柔性基底、萘二乙酸乙二醇酯柔性基底或晶体硅基底中的一种或至少两种的组合。
[0022]优选地，所述晶体硅基底包括单晶硅硅片、掺杂单晶硅硅片、多晶硅硅片、掺杂多晶硅硅片、非晶硅硅片或掺杂非晶硅硅片中的一种或至少两种的组合。
[0023]作为本专利技术的一个优选技术方案，所述涂布的速度为0.01～1m/s，例如为0.01m/s、0.05m/s、0.1m/s、0.2m/s、0.3m/s、0.4m/s、0.5m/s、0.6m/s、0.7m/s、0.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积钙钛矿层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将组成钙钛矿的原料溶于离子液体，或离子液体与有机溶剂的混合物中，形成钙钛矿前驱体，将钙钛矿前驱体涂布于晶体硅底电池的表面，制备得到钙钛矿层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿的原料包括金属卤化物和添加剂；优选地，所述金属卤化物和添加剂的摩尔比为(0.5～1.5):1，进一步优选为(0.9～1.1):1；优选地，所述金属卤化物包括SnI2、SnBr2、SnF2、SnCl2、PbI2、PbBr2或PbCl2中的一种或至少两种的组合；优选地，所述添加剂包括CH3NH3I、CH3NH3Cl、CH3NH3Br、CH2(NH2)2I、CH2(NH2)2Br、CH2(NH2)2Cl、CsI、RbI、KI、CsBr或CsCl中的一种或至少两种的组合。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体中钙钛矿的原料的摩尔浓度为0.1～5mol/L；优选地，所述有机溶剂与离子液体的体积比为(0～1000):1，进一步优选为(0～100):1。4.根据权利要求1
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3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述离子液体包括1,1,1
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三氟乙基碘化铵、甲酸甲胺、醋酸甲铵、二氟乙酸甲铵或1
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丁基
‑3‑
甲基咪唑四氟硼酸盐中的一种或至少两种的组合；优选地，所述有机溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四亚甲基亚砜、环丁砜或N
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甲基吡咯烷酮中的一种或至少两种的组合。5.根据权利要求1
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4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述涂布的步骤包括：先将钙钛矿前驱体涂布于基底表面，再进行旋涂处理薄膜中剩余的溶剂；优选地，所述基底包括沉积有ITO的玻璃基底、沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏锐，陈艺绮，王尧，邹杨，刘成法，张学玲，陈达明，陈奕峰，
申请(专利权)人：天合光能股份有限公司，
类型：发明
国别省市：