一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术为一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池从下到上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、钙钛矿修饰层、空穴传输层和对电极；所述的钙钛矿吸光层材料结构式为APbI3，所述的钙钛矿修饰层为氯化铵盐与三维钙钛矿吸光层发生原位反应得到的二维钙钛矿层，厚度为1～60nm。本发明专利技术不仅适用于刚性太阳能电池的优化，尤其是通过旋涂氯化铵盐处理后的柔性钙钛矿太阳能器件获得了目前的最高的光电转换效率，并且具有更加优异的稳定性，在未来的商业应用中具有良好的前景。良好的前景。良好的前景。

【技术实现步骤摘要】
一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿光伏器件的制备
，具体涉及一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿材料具有高的光吸收系数、高载流子迁移率、长扩散长度以及可调节的带隙等诸多优异的光电性能，是一种极具发展潜力的光电材料。近年来，钙钛矿太阳能电池迅速崛起，在短短十几年的时间内其光电转换效率从3.8％增长到25.7％，成为硅基太阳能等商业化光伏器件的潜在竞争对手。
[0003]然而，钙钛矿吸光层作为钙钛矿太阳能电池的核心部分，易受温度、湿度、光照的影响，使得器件在进行光电转化过程中发生降解，进而导致器件稳定性差，其原因在于钙钛矿表面存在的缺陷使得氧、水分子进入钙钛矿吸光层而破环原本的结构。同时由缺陷形成的电荷复合中心造成非辐射复合，阻碍电荷的传输，导致光电转换效率下降。构建二维/三维钙钛矿异质结是目前提升钙钛矿电池效率和稳定性的有效手段。在现有技术中，为了构建三维/二维钙钛矿异质结，通常采用碘化铵盐对三维钙钛矿表面进行修饰(Spacer Engineering of Diammonium
‑
Based 2D Perovskites toward Efficient and Stable 2D/3D Heterostructure Perovskite Solar Cells，doi:10.1002/aenm.202102973)，碘化铵盐与之发生原位反应形成二维/三维钙钛矿异质结，但是碘化铵盐和钙钛矿反应生成的二维钙钛矿往往具有多量子阱结构，且取向比较随机，导致2D/3D异质结界面处的电荷传输势垒增加，影响载流子的传输效率以及相应的器件性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该电池采用氯化铵盐对钙钛矿吸光层修饰，再通过退火处理，使氯化铵盐与钙钛矿吸光层发生原位反应生成二维/三维钙钛矿异质结，钝化钙钛矿薄膜的缺陷，并且实现对载流子的高效提取，形成能够促使载流子传输的晶体取向。本专利技术不仅适用于刚性太阳能电池的优化，尤其是通过旋涂氯化铵盐处理后的柔性钙钛矿太阳能器件获得了目前的最高的光电转换效率并且具有更加优异的稳定性，在未来的商业应用中具有良好的前景。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池从下到上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、钙钛矿修饰层、空穴传输层和对电极。
[0007]所述的钙钛矿修饰层为氯化铵盐与三维钙钛矿吸光层发生原位反应得到的二维钙钛矿层，其厚度为1～60nm；二维钙钛矿的材料结构式为BPbCl
x
I
(4
‑
x)
，x＝0
‑
4；B位为有机胺盐离子，具体为EDBE
2+
、PEA
+
、TBA
+
、C6H6N
22+
、TEBA
+
、BDAD
+
、BA
+
、ODAD
+
、CH3(CH2)
11
NH
3+
、s
‑
MBA
+
、4
‑
MeOPEA
+
、2
‑
MeOPEA
+
、HDAD
+
、PDAD
+
、ODAD
+
、PMA
+
、PhBA
+
、o
‑
F
‑
PMA
+
或o
‑
F
‑
PEA
+
。
[0008]所述的钙钛矿吸光层材料结构式为APbI3，A为甲脒阳离子(NH2CH＝NH
2+
,FA
+
)、甲胺阳离子(CH3NH
3+
,MA
+
)中的一种或两种；厚度为200～1000nm；
[0009]所述的氯化铵盐为2,2'
‑
(乙烯二氧)双乙胺氢氯酸盐(EDBECl2)、苯乙基氯化胺(PEACl)、四丁基氯化铵(TBACl)、2,5
‑
二氯
‑
1,4
‑
苯二胺(C6H6Cl2N2)、苄基三乙基氯化铵(TEBACl)、苯甲基氯化胺(PMACl)、丁二胺氯(BDADCl)、丁基氯化胺(BACl)、辛二胺氯(ODADCl)、十二胺氯(CH3(CH2)
11
NH3Cl)、s
‑
甲基苄胺氯(s
‑
MBACl)、对甲氧基苯乙胺氯(4
‑
MeOPEACl)、邻甲氧基苯乙胺氯(2
‑
MeOPEACl)、己二胺氯(HDADCl)、丙二胺氯(PDADCl)、辛二胺氯(ODADCl)、苯甲基氯化胺(PMACl)、苯丁基氯化铵(PhBACl)、邻氟苯甲胺氯(o
‑
F
‑
PMACl)、邻氟苯乙胺氯(o
‑
F
‑
PEACl)的一种。
[0010]所述的导电衬底为掺杂氟的SnO2导电玻璃(FTO)、铟锡氧化物半导体透明导电膜玻璃(ITO)、PET/ITO(PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN/ITO(PEN为聚萘二甲酸乙二醇酯)中的一种；
[0011]所述的电子传输层为二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、氯掺杂的二氧化钛、TiO2‑
SnO2、ZnO
‑
TiO2、ZnO
‑
SnO2、[6,6]‑
苯基C61丁酸甲酯(PCBM)、碳60(C
60
)、纳米氧化锌(ZnO)中的至少一种；厚度范围为5～180nm；
[0012]所述的空穴传输层为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)、钛菁铜(CuPc)、聚
‑
3己基噻吩(P3HT)、氧化镍(NiO
x
)、三氧化钼、CuGaO
x
中的至少一种；厚度范围为5～200nm；
[0013]所述的对电极材料为金、银、铜、铬、碳中的一种或多种。厚度范围50～200nm；
[0014]所述的氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0015](1)在透明导电衬底上通过旋涂法制备电子传输层；
[0016](2)配置钙钛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池，其特征为该太阳能电池从下到上依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、钙钛矿修饰层、空穴传输层和对电极；所述的钙钛矿修饰层为氯化铵盐与三维钙钛矿吸光层发生原位反应得到的二维钙钛矿层，其厚度为1～60nm；所述的钙钛矿吸光层材料结构式为APbI3，A为甲脒阳离子(NH2CH＝NH
2+
,FA
+
)、甲胺阳离子(CH3NH
3+
,MA
+
)中的一种或两种；厚度为200～1000nm；所述的氯化铵盐为2,2'
‑
(乙烯二氧)双乙胺氢氯酸盐(EDBECl2)、苯乙基氯化胺(PEACl)、四丁基氯化铵(TBACl)、2,5
‑
二氯
‑
1,4
‑
苯二胺(C6H6Cl2N2)、苄基三乙基氯化铵(TEBACl)、苯甲基氯化胺(PMACl)、丁二胺氯(BDADCl)、丁基氯化胺(BACl)、辛二胺氯(ODADCl)、十二胺氯(CH3(CH2)
11
NH3Cl)、s
‑
甲基苄胺氯(s
‑
MBACl)、对甲氧基苯乙胺氯(4
‑
MeOPEACl)、邻甲氧基苯乙胺氯(2
‑
MeOPEACl)、己二胺氯(HDADCl)、丙二胺氯(PDADCl)、辛二胺氯(ODADCl)、苯甲基氯化胺(PMACl)、苯丁基氯化铵(PhBACl)、邻氟苯甲胺氯(o
‑
F
‑
PMACl)、邻氟苯乙胺氯(o
‑
F
‑
PEACl)的一种。2.如权利要求1所述的氯化铵盐处理的钙钛矿太阳能电池，其特征为所述的导电衬底为掺杂氟的SnO2导电玻璃(FTO)、铟锡氧化物半导体透明导电膜玻璃(ITO)、PET/ITO(PET为聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PEN/ITO(PEN为聚萘二甲酸乙二醇酯)中的一种；所述的电子传输层为二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)、氯掺杂的二氧化钛、TiO2‑
SnO2、ZnO
‑
TiO2、ZnO
‑
SnO2、[6,6]
‑
苯基C61丁酸甲酯(PCBM)、碳60(C
60
)、纳米氧化锌(ZnO)中的至少一种；厚度范围为5～180nm；所述的空穴传输层为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)、钛菁铜(CuPc)、聚
‑
3己基噻吩(P3HT)、氧化镍(NiO
x
)、三氧化钼、CuGaO
x
中的至少一种；厚度范围为5～200nm；所述的对电极材料为金、银、铜、铬...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴存存，梁玉超，张佳祺，郑士建，张阳洋，王夫成，邵盼杰，赵智鑫，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：