基于苯甲酰胺溴修饰的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了一种基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域；解决了现有钙钛矿太阳能电池由于存在未配位的铅离子导致电池光电转换率低级稳定性差的问题；包括如下步骤：S1：将覆盖有透明金属电极的基底依次放入去离子水、丙酮、乙醇中进行超声波清洗，干燥后通过紫外臭氧处理，形成导电衬底；S2：在导电衬底上旋涂电子传输层；S3：在电子传输层表面旋涂沉积钙钛矿活性层，所述钙钛矿活性层采用苯甲酰胺溴作为钝化剂；S4：在所述钙钛矿活性层表面旋涂空穴传输材料得到空穴传输层；S5：在所述空穴传输层上蒸镀金属电极；本发明专利技术应用于钙钛矿太阳能电池。能电池。能电池。

【技术实现步骤摘要】
基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术提供了一种基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池


技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿材料由于具有高的载流子迁移率、大的光吸收系数、长的载流子寿命、长的载流子扩散长度以及低成本等优势，在太阳能电池领域吸引了研究者的广泛关注。虽然钙钛矿太阳能电池已经取得了飞快的发展，但是在推进钙钛矿太阳能电池产业化进程中，还存在诸多问题需要进一步地深入研究。其中，钙钛矿薄膜的质量是影响钙钛矿太阳能电池光电转化效率和环境稳定性的决定性因素。因此制备得到形貌可控，均匀覆盖的高质量钙钛矿薄膜对提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性显得尤为重要。
[0003]1、专利申请CN202011446848.9公开了一种基于马来酰亚胺基十一酸修饰的高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法。通过在钙钛矿前驱体中加入马来酰亚胺基十一酸，引入含有长烷基链的
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COOH官能团作为钝化剂，在热退火过程中，长的烷基链被排除到钙钛矿表面形成一个疏水钝化层，抑制了载流子的非辐射复合的同时显著提高了器件的对湿度的抵抗力。
[0004]2、Chen等人报道了聚丙烯腈（PAN）对钙钛矿薄膜中的非配位铅阳离子进行了钝化处理，氰基的配位能力强于正常使用的碳基，且强配位可以降低膜表面的I/Pb比。（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202113932）。
[0005]3、Wang等人报道了借助两种有机氢碘酸盐，即苯乙基碘化胺和邻氟苯乙胺碘在钙钛矿多晶薄膜表面形成钝化层，有效抑制多晶薄膜表面和晶界位置的缺陷复合行为。(王松,侯有政,张帆,等.钙钛矿太阳能电池中钝化层对缺陷复合行为的影响[J].发光学报,2021,42(7):1029
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1039. DOI:10.37188/CJL.20210103.)。
[0006]在现有技术中，钙钛矿薄膜还存在大量缺陷，未配位的铅离子由于其形成能较低，是缺陷形成的主要原因之一，未配位的铅离子，一方面可以诱导光生载流子的复合，另一方面，为离子迁移提供一个途径，从而进一步导致钙钛矿太阳能电池光电转换效率的降解以及器件稳定性差的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术为了解决现有钙钛矿太阳能电池由于存在未配位的铅离子导致电池光电转换率低级稳定性差的问题，提出了一种基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：S1：将覆盖有透明金属电极的基底依次放入去离子水、丙酮、乙醇中进行超声波清洗，干燥后通过紫外臭氧处理，形成导电衬底；
S2：在导电衬底上旋涂电子传输层；S3：在电子传输层表面旋涂沉积钙钛矿活性层，所述钙钛矿活性层采用苯甲酰胺溴作为钝化剂；S4：在所述钙钛矿活性层表面旋涂空穴传输材料得到空穴传输层；S5：在所述空穴传输层上蒸镀金属电极。
[0009]所述步骤S3中电子传输层表面旋涂沉积钙钛矿活性层具体采用两步旋涂法。
[0010]所述两步旋涂法的具体步骤如下：S3.1：将碘化铅、苯甲酰胺溴溶解于N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中，制得前驱体溶液，将所述前驱体溶液旋涂于所述电子传输层表面，制得掺杂苯甲酰胺溴的PbI2薄膜；S3.2：将甲脒碘化铵FAI、甲胺基MAI、甲基氯化铵MACl混合，然后溶解在异丙醇溶液中，将溶解后的溶液旋涂于所得掺杂苯甲酰胺溴的PbI2薄膜上并进行热处理，得到钙钛矿薄膜。
[0011]将碘化铅、苯甲酰胺溴按照（50～150）：（1～10）体积比溶解于1mL的N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中。
[0012]所述N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中DMF和DMSO的体积比为9:1。
[0013]所述步骤3.2中进行热处理的条件为80～120℃条件下热处理10～60min。
[0014]所述甲脒碘化铵FAI、甲胺基MAI、甲基氯化铵MACl按照10:1:1的质量比进行混合。
[0015]将碘化铅、苯甲酰胺溴按照1：0.03体积比溶解于1mL的N，N
‑
二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中。
[0016]基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的ITO导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和银电极，所述电子传输层的上表面旋涂沉积有钙钛矿活性层，所述钙钛矿活性层采用苯甲酰胺溴作为钝化剂。
[0017]所述钙钛矿活性层中的钙钛矿采用MA
x
FA1‑
x
PbI
y
Cl3‑
y
混合钙钛矿，所述电子传输层的钙钛矿活性层采用两步法旋涂，所述两步旋涂法的具体步骤如下：将碘化铅、苯甲酰胺溴溶解于N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中，制得前驱体溶液，将所述前驱体溶液旋涂于所述电子传输层表面，制得掺杂苯甲酰胺溴的PbI2薄膜；将甲脒碘化铵FAI、甲胺基MAI、甲基氯化铵MACl混合，然后溶解在异丙醇溶液中，将溶解后的溶液旋涂于所得掺杂苯甲酰胺溴的PbI2薄膜上并进行热处理，得到钙钛矿薄膜。
[0018]本专利技术相对于现有技术具备的有益效果为：1、苯甲酰胺溴可以起到钝化钙钛矿层表面缺陷的作用，借助羰基(
–
NH
3+
)基团与铅离子之间的配位作用，有效控制有机卤化铅钙钛矿光吸收层的成核和晶体生长；2、有助于抑制电荷复合，促进电荷传输；3、钙钛矿光吸收层与电子传输层形成良好欧姆接触；4、钙钛矿晶粒更加致密，显著增大，薄膜的质量更高；5、离子活化能显著增强，有效抑制了离子的迁移；
6、光电转换效率显著提高，成本降低，重复性能好，机械稳性好，具有良好的应用前景。
附图说明
[0019]下面结合附图对本专利技术做进一步说明：图1为本专利技术钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2为基于现有技术未掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿和采用专利技术基于掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿X射线衍射对比图谱；图3为基于现有技术未掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿的扫描电子显微镜形貌图；图4为本专利技术的基于掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿扫描电子显微镜形貌图；图5为在AM1.5G太阳光下测得的现有技术未掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿太阳能电池和本专利技术基于掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿太阳能电池的短路电流和开路电压曲线对比图；图6为基于现有技术未掺杂苯甲酰胺溴和本专利技术基于掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿太阳能电池的温度与相应电导率曲线的对比图；图7为基于现有技术未掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿和本专利技术基于掺杂苯甲酰胺溴的钙钛矿的Pb4f XPS光谱对比图。
具体实施方式
[0020]如图1至图7所示，本专利技术提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：将覆盖有透明金属电极的基底依次放入去离子水、丙酮、乙醇中进行超声波清洗，干燥后通过紫外臭氧处理，形成导电衬底；S2：在导电衬底上旋涂电子传输层；S3：在电子传输层表面旋涂沉积钙钛矿活性层，所述钙钛矿活性层采用苯甲酰胺溴作为钝化剂；S4：在所述钙钛矿活性层表面旋涂空穴传输材料得到空穴传输层；S5：在所述空穴传输层上蒸镀金属电极。2.根据权利要求1所述的基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中电子传输层表面旋涂沉积钙钛矿活性层具体采用两步旋涂法。3.根据权利要求2所述的基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述两步旋涂法的具体步骤如下：S3.1：将碘化铅、苯甲酰胺溴溶解于N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中，制得前驱体溶液，将所述前驱体溶液旋涂于所述电子传输层表面，制得掺杂苯甲酰胺溴的PbI2薄膜；S3.2：将甲脒碘化铵FAI、甲胺基MAI、甲基氯化铵MACl混合，然后溶解在异丙醇溶液中，将溶解后的溶液旋涂于所得掺杂苯甲酰胺溴的PbI2薄膜上并进行热处理，得到钙钛矿薄膜。4.根据权利要求3所述的基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：将碘化铅、苯甲酰胺溴按照（50～150）：（1～10）体积比溶解于1mL的N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中。5.根据权利要求4所述的基于苯甲酰胺溴修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述N，N
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二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的混合溶剂中DMF和DMSO的体积比为9:1。...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红燕，孙钦军，高利岩，范雪婷，韩帅，郝玉英，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：