一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的钙钛矿薄膜吸收层和钝化层；所述钙钛矿薄膜吸收层和/或钝化层的制备原料包括芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物。本发明专利技术采用芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物小分子材料对钙钛矿薄膜吸收层和/或钝化层进行掺杂，实现添加剂之间的协同作用与效果叠加，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。

【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]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池材料
，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]随着能源的消耗量迅速增长，传统的化石能源属于不可再生能源，难以满足生产和生活的发展需求，而太阳能作为一种重要的可再生能源，来源于太阳内部发生核聚变释放出来的能量。在一年的时间内，太阳辐照地球表面的总能量大约是人们能够利用的所有能源总和的一万倍，故其具有取之不尽和用之不竭的优势，并在解决能源危机和环境问题方面具有巨大的潜力。以光生伏特效应为理论基础的光伏电池是一种直接将太阳能转换成电能的器件，其采用光伏转换进行供电的技术被认为是一种具有良好的应用前景的新能源技术。
[0003]目前，硅基太阳能电池仍是占据商业化光伏电池市场的主体，晶硅太阳能电池虽然具有制备工艺成熟、光电转换效率高和稳定性好的优点，但是其生产成本高，并且在生产过程中也会对环境造成污染。此外，非晶硅太阳能电池、以及基于碲化镉(CdTe)和铜铟镓硒(CIGS)化合物的太阳能电池也同样占有一部分市场份额，上述种类的器件主要以薄膜材料作为活性层，在使用过程中也存在如下问题。例如，一方面无定形硅的稳定性较差，CdTe中存在的重金属离子Cd
2+
对环境有害；另一方面，尽管CIGS太阳能电池的转化效率较高，但是稀有金属In的价格昂贵，严重限制了其产业化发展。
[0004]随着纳米技术的快速发展，兼顾高性能、低成本和对环境友好的钙钛矿太阳能电池被引起广泛关注。其中，以钙钛矿材料作为吸光层的钙钛矿太阳能电池发展迅速，自从2009年起，经过十几年的发展，其单结效率已从最初的3.8％提升至目前最高的25.7％，且相比于前几代光电转换材料，钙钛矿太阳能电池具备更大的商业化应用潜力。
[0005]在钙钛矿太阳能电池的制备过程中，钙钛矿薄膜经历从沉积到退火的快速结晶过程，难免会产生大量缺陷，一方面表面缺陷对于电子能带结构以及电荷复合过程具有重要影响，并为导致器件受损的重要诱因。另一方面，表面缺陷能够促使薄膜内的离子迁移，破环器件稳定。现有技术中公开了使用钝化剂对其进行改性，目前使用的不同钝化剂的钝化机理不同、作用效果不同，并且不同钝化剂之间难以产生协同作用，若使用不同钝化剂分别处理钙钛矿层以及界面，不同的钝化剂之间可能产生负面的相互影响。从产业化的角度来说，多种钝化剂和多种添加剂的同时使用也不利于大规模的产业化生产。
[0006]因此，在本领域中，亟需开发一种适用于同时处理钙钛矿层和界面层的添加剂材料，其不仅能够降低表面缺陷，还能使得制备得到的钙钛矿太阳能电池具有良好的综合性能。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方
法。本专利技术采用芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物小分子材料对钙钛矿薄膜吸收层和/或钝化层进行掺杂，实现添加剂之间的协同作用与效果叠加，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。
[0008]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]第一方面，本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的钙钛矿薄膜吸收层和钝化层；
[0010]所述钙钛矿薄膜吸收层和/或钝化层的制备原料包括芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物。
[0011]本专利技术通过采用芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物小分子材料对钙钛矿薄膜层和/或钝化层进行掺杂，其结构中包含的芳香基团具备共轭结构，当取代基为氨基时，芳香族二胺化合物能够钝化钙钛矿薄膜层和电子传输层之间的表面缺陷，氨基的配位作用能够增强化学键之间的相互作用，以此形成良好的界面接触。因此，芳香族二胺化合物能够降低界面的缺陷态密度，进而提升钙钛矿电池的效率；同时减少了晶界以及有效调节表界面能带，以此促进电荷提取速率和传输速率，从而减少接触界面电荷的非辐射复合损失。
[0012]当取代基为溴原子时，芳香族二溴化合物的结构中包含的芳香基团能够钝化钙钛矿薄膜层和空穴传输层之间的界面缺陷，同时，溴原子能够和钙钛矿化合物中的A位阳离子产生氢键相互作用，便于钙钛矿化合物在空穴传输层表面的生长，使得晶粒变大以及晶化率得以提升，实现了钙钛矿太阳能电池的高效率和高稳定性。
[0013]优选地，所述芳香族二胺化合物包括1,5
‑
萘二胺。
[0014]示例性的，本专利技术提供了一种1,5
‑
萘二胺的合成路线，如下所示：
[0015][0016]优选地，所述芳香族二溴化合物包括1,5
‑
二溴萘。
[0017]示例性的，本专利技术提供了一种1,5
‑
二溴萘的合成路线，如下所示：
[0018][0019]在本专利技术中，上述芳香族化合物的结构中包含的萘是由两个稠合的六元环组成，其具有电子给体(electron donor)和电子受体(electron acceptor)的共轭结构，故具备优异的光电性能。同时，调控氨基以及溴基基团的数量具有中和前驱体中游离的FAI以此形成中间结构，减少缺陷，大幅度抑制界面复合的优势。
[0020]优选地，所述钙钛矿薄膜吸收层的厚度为300
‑
500nm，例如可以为300nm、320nm、350nm、380nm、400nm、420nm、450nm、480nm、500nm。
[0021]优选地，所述钝化层的厚度为20
‑
100nm，例如可以为20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、
70nm、80nm、90nm、100nm等。
[0022]优选地，所述钙钛矿薄膜吸收层的钙钛矿材料的结构式为Ma
x
FA
(1
‑
x)
PbI3，其中0<x<1，例如可以为MA
0.1
FA
0.9
PbI3、MA
0.6
FA
0.4
PbI3、MA
0.7
FA
0.3
PbI3、MA
0.8
FA
0.2
PbI3、MA
0.9
FA
0.1
PbI3。
[0023]第二方面，本专利技术提供了一种制备根据第一方面所述的钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：
[0024]将钝化层前驱体溶液涂布在钙钛矿薄膜吸收层表面，形成钝化层；
[0025]所述钝化层前驱体溶液和/或所述钙钛矿薄膜吸收层包含芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物；
[0026]或，
[0027]在钝化层表面涂布钙钛矿薄膜吸收层；
[0028]所述钝化层和/或所述钙钛矿薄膜吸收层包含芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物。
[0029]优选地，所述钙钛矿薄膜吸收层的退火处理的温度为100
‑
120℃，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的钙钛矿薄膜吸收层和钝化层；所述钙钛矿薄膜吸收层和/或钝化层的制备原料包括芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述芳香族二胺化合物包括1,5
‑
萘二胺；优选地，所述芳香族二溴化合物包括1,5
‑
二溴萘。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜吸收层的厚度为300
‑
500nm；优选地，所述钝化层的厚度为20
‑
100nm。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜吸收层的钙钛矿材料的结构式为Ma
x
FA
(1
‑
x)
PbI3，其中0<x<1。5.一种制备根据权利要求1
‑
4中任一项所述的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将钝化层前驱体溶液涂布在钙钛矿薄膜吸收层表面，形成钝化层；所述钝化层前驱体溶液和/或所述钙钛矿薄膜吸收层包含芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物；或，在钝化层表面涂布钙钛矿薄膜吸收层；所述钝化层和/或所述钙钛矿薄膜吸收层包含芳香族二胺化合物或芳香族二溴化合物。6.根据权利要求5所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻佳，邵君，陈瑞，请求不公布姓名，王学雷，苏伟，
申请(专利权)人：无锡极电光能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：