一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

一种钙钛矿太阳能电池，其结构依次为导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层，所述钙钛矿层是经3

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光伏器件制备术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着科学技术的飞速前进，钙钛矿电池技术也得到了较快发展，电池器件的能量转换效率一次次地刷新着最高纪录。2009年，日本科学家Tsutomu Miyasaka首次用钙钛矿光伏电池发电，当时的电能转换效率仅有3.8％；十年之后，2019年，钙钛矿电池电能转换效率便飙升至25％；去年11月，柏林亥姆霍兹中心(HZB)研发的钙钛矿串联电池转换效率高达29.8％，创造了至今为止钙钛矿电池最高纪录。我国钙钛矿太阳能光伏电池技术与国外先进水平基本持平。今年2月份，华东师范大学教授方俊锋团队与中科院宁波材料技术与工程研究所副研究员李晓冬合作，创造了新的反型钙钛矿电池效率世界纪录，转化效率首次实现大于24％。钙钛矿太阳能电池相比传统太阳能电池，不仅具有原料丰富、工艺简单、成本低、能耗低、效率高、载流子寿命长、环保等优势，同时其对杂质不敏感、吸光能力强、不需高温工艺，其理论成本远低于当前主流技术，极具成本优势及商业价值。
[0003]已有研究表明，前驱液中添加过量的PbI2可以进一步提高钙钛矿电池效率，过量的碘化铅(PbI2)可以减少钙钛矿薄膜卤化物空位并提升载流子寿命。因此，钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell,PSC)通常使用过量的PbI2作为一种缺陷钝化材料来提升器件效率。韩国蔚山科学技术大学Sang Il Seok教授和以色列魏茨曼科技学院David Cahen教授(共同通讯作者)等人利用电子束诱导电流(EBIC)测量方法研究了钙钛矿膜中过量PbI2对载流子扩散长度的影响，表明过量的PbI2对载流子扩散长度没有影响。由EBIC信号随扫描次数的变化，表明过量的PbI2降低了薄膜中的缺陷浓度。研究表明富PbI2钙钛矿薄膜晶粒更加有序并且残余的PbI2包围着钙钛矿晶粒，进而有效改善钙钛矿电池的电荷传输，消除滞后。过量PbI2在钙钛矿中作用机制的进一步阐明，将为制备高效率的钙钛矿电池及提高器件稳定性提供指导方针。
[0004]然而PbI2是一把双刃剑。过量的PbI2通常分布在钙钛矿薄膜的表面，并在表面形成能垒，阻碍电荷纵向传输。此外，PbI2受光激发产生的电荷集聚会诱导钙钛矿薄膜的降解。同时，在连续光照射下，分布在钙钛矿薄膜表面的未反应的PbI2加速了PSC的降解。未反应的PbI2在光照下会发生光分解，从而导致薄膜中铅和碘的形成，增加了载流子复合几率和相应离子的迁移速率，同时导致光伏器件的开路电压损失。因此，PbI2的这种光分解也是加速器件退化的主要原因之一。因此，合理控制PbI2的含量和分布对器件效率和稳定性至关重要。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。有效去除通钙钛矿薄膜表面多余的PbI2，减少了载流子复合几率和相应离子的迁移速率，增加了
太阳能电池的整体性能。
[0006]本专利技术目的通过如下技术方案实现：
[0007]一种钙钛矿太阳能电池，其结构依次为导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述钙钛矿层为经3
‑
叔丁基吡啶溶液进行表面处理，然后旋涂可溶解3
‑
叔丁基吡啶的有机溶剂，再进行退火处理的(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜。
[0008]进一步，所述导电基底可以为FTO玻璃基底、ITO玻璃基底、PEN基底或PET基底；电子传输层可以为氧化钛、氧化锡、氧化锌或富勒烯及衍生物；空穴传输层可以为苯胺类、咔唑类、酞菁类、吩噻嗪类、吩噁嗪类琥珀噻吩类材料的空穴传输层，电极层可以为金电极、银电极、铜电极或碳电极。
[0009]进一步，上述表面处理具体是将3
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叔丁基吡啶溶解于有机溶剂中，配制成3
‑
叔丁基吡啶溶液，在(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜表面进行旋涂。
[0010]进一步，上述3
‑
叔丁基吡啶溶液的浓度为35
‑
50μL/mL，溶解3
‑
叔丁基吡啶的有机溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯和异丙醇中的至少一种。
[0011]进一步，3
‑
叔丁基吡啶溶液的旋涂速度为2500
‑
3500rpm，加速度为3000rpm/s，旋涂时间为30s。
[0012]进一步，上述旋涂的有机溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯和异丙醇中至少一种，旋涂速度为3000
‑
3500rpm，加速度为3000rpm/s，旋涂时间为30
‑
40s。
[0013]进一步，所述退火处理是将旋涂了有机溶剂的(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜在100
‑
110℃下退火8
‑
10min。
[0014]一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括在基底表面依次制备电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述制备钙钛矿层是在电子传输层表面制备(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜，然后采用3
‑
叔丁基吡啶溶进行表面处理，再旋涂可以溶解3
‑
叔丁基吡啶的有机溶剂，最后进行退火处理。
[0015]进一步，上述表面处理具体是将3
‑
叔丁基吡啶溶解于有机溶剂中，配制成3
‑
叔丁基吡啶溶液，在(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜表面进行旋涂。
[0016]进一步，上述3
‑
叔丁基吡啶溶液的浓度为35
‑
50μL/mL，溶解3
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叔丁基吡啶的有机溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯和异丙醇中的至少一种。
[0017]进一步，3
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叔丁基吡啶溶液的旋涂速度为2500
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3500rpm，加速度为3000rpm/s，旋涂时间为30s。
[0018]进一步，上述旋涂的有机溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯和异丙醇中至少一种，旋涂速度为3000
‑
3500rpm，加速度为3000rpm/s，旋涂时间为30
‑
40s。
[0019]进一步，所述退火处理是将旋涂了有机溶剂的(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜在100
‑
110℃下退火8
‑
10min。
[0020]在制备钙钛矿薄膜过程中发现，钙钛矿薄膜表面残留的PbI2对于薄膜性能有很大的负面作用：过量的PbI2通本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其结构依次为导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述钙钛矿层是经3
‑
叔丁基吡啶溶液进行表面处理，然后旋涂可溶解3
‑
叔丁基吡啶的有机溶剂，再进行退火处理的(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜。2.如权利要求1所述的一种太阳能电池，其特征在于：所述导电基底可以为FTO玻璃基底、ITO玻璃基底、PEN基底或PET基底；电子传输层可以为氧化钛、氧化锡、氧化锌或富勒烯及衍生物；空穴传输层可以为苯胺类、咔唑类、酞菁类、吩噻嗪类、吩噁嗪类琥珀噻吩类材料的空穴传输层，电极层可以为金电极、银电极、铜电极或碳电极。3.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括在基底表面依次制备电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和电极层，其特征在于：所述制备钙钛矿层是在电子传输层表面制备(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜，然后采用3
‑
叔丁基吡啶溶进行表面处理，再旋涂可以溶解3
‑
叔丁基吡啶的有机溶剂，最后进行退火处理。4.如权利要求3所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述表面处理具体是将3
‑
叔丁基吡啶溶解于有机溶剂中，配制成3
‑
叔丁基吡啶溶液，在(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜表面进行旋涂，所述3
‑
叔丁基吡啶溶液的浓度为35
‑
50 μL/mL，溶解3
‑
叔丁基吡啶的有机溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯和异丙醇中的至少一种。5.如权利要求3或4所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述旋涂的有机溶剂为氯苯、甲苯、乙酸乙酯和异丙醇中至少一种，旋涂速度为3000
‑
3500 rpm，加速度为3000 rpm/s，旋涂时间为30
‑
40 s。6.如权利要求3
‑
5任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制备(FAPbI3)
0.85
(MAPbI3)
0.15
薄膜具体是制备钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱液均匀铺在涂覆有电子传输层的基底表面，先以转速1000 rpm、加速度为1000 rpm/s进行第一步旋涂，旋涂时间为10 s，再以转速5000 rpm、加速度为1000 rpm/s进行第二步旋涂，旋涂时间为30 s，在第二步旋涂到第20 s时，将120 μL的乙酸乙酯（EA），滴在高速旋转的基底表面。7.如权利要求6所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制备钙钛矿前驱液是称取8.25 mg MABr、27.05 mg PbBr2、705 mg PbI2、33.76 mg MACl和240 mg FAI溶解于1 mL的DMF和DMSO体积比为8:1组成的混合溶剂中，形成钙钛矿前驱液，其中FAI为NH2CH=NH2I，MACl为CH3NH3Cl，MABr为CH3NH3Br。8.如权利要求7所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电子传输层是氧化锡，具体是将基底浸泡在150 mL氧化锡浸泡液，在90℃下静置3.5h，然后取出基底，分别用纯水、异丙醇各超声清洗3 min，然后进行退火处理，所述氧化锡浸泡液是取2.5 mL质量分数为37%的盐酸，160 μL巯基乙酸、0.55 g SnCl2·
2H2O、2.5 g尿素溶解在1000 mL超纯水中配制得到。9.如权利要求8任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述制备空穴传输层是取30
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈俊明，刘有，鲍菊生，汪徐春，许坤，解维成，
申请(专利权)人：安徽科技学院，
类型：发明
国别省市：