一种钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光电功能材料与器件技术领域，提供一种钙钛矿太阳电池及其制备方法，采用了乙二胺和乙二硫醇的复合溶液作为溶剂，严格控制乙二胺和乙二硫醇的体积比和加热温度，使PbS和PbF2完全溶解于乙二胺和乙二硫醇的复合溶液，并采用PbS和PbF2作为制备钙钛矿太阳电池的前驱体溶液，使钙钛矿太阳电池的外延模板层引入了PbS和PbF2，改善了钙钛矿薄膜的稳定性，进一步提升了钙钛矿太阳电池的稳定性，延长了电池的使用寿命，推动了钙钛矿太阳电池的商业化进程。商业化进程。商业化进程。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光电功能材料与器件
，尤其涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳电池的光电转换效率在短短十几年内实现了大幅的提升，显示出广阔的应用前景。但是，钙钛矿太阳电池的长期稳定性并没有得到彻底的解决，这也严重阻碍了钙钛矿太阳电池的商业化进程。
[0003]现有常规制备钙钛矿太阳电池的制备方法为，将PbI2溶于DMF/DMSO的混合溶液中，制备前驱体溶液，用前驱体溶液旋涂制备好的电子传输层，获得外延模板层，再在外延模板层上旋涂PbI2溶液，此时，PbI2溶液中的溶剂DMF/DMSO，会溶解外延模板层中的PbI2，而影响后续制备钙钛矿太阳电池的操作，同时也会影响钙钛矿太阳电池的性能。
[0004]另外，经研究发现，引入压缩应变外延工程有利于制备高质量稳定的α
‑
FAPbI3薄膜，并可以通过调控应变来提高钙钛矿的光电性能。而卤化铅及硫属铅化合物中的PbS和PbF2具有比α
‑
FAPbI3更小的晶格常数，因此可通过应变调制来改善α
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FAPbI3外延薄膜的稳定性。
[0005]因此，以卤化铅及硫属铅化合物中的PbS和PbF2作为前驱体溶液可以改善钙钛矿太阳电池的稳定性。而且PbS和PbF2均属于难溶盐，在DMF/DMSO的混合溶液中难以溶解；在现有技术中，通常采用硝酸对PbS和PbF2进行溶解，但是硝酸腐蚀性较强，不能应用于钙钛矿太阳电池的前驱体溶液，因此，亟需一种制备钙钛矿太阳电池的方法，使PbS和PbF2作为前驱体溶液应用于钙钛矿太阳电池中。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决相关技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提供一种钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：S1：对透明导电玻璃进行预处理，获得透明导电衬底；S2：在所述透明导电衬底上旋涂SnO2胶体分散液，进行退火，获得电子传输层；S3：将PbS和PbF2置于乙二胺和乙二硫醇的混合溶液中，获得第一混合溶液，将所述第一混合溶液进行加热搅拌，获得前驱体溶液；S4：在所述电子传输层上旋涂所述前驱体溶液，进行退火，获得外延模板层；S5：在所述外延模板层上旋涂PbI2溶液，进行退火，获得钙钛矿前驱层；S6：在所述钙钛矿前驱层上旋涂有机盐溶液，进行第二次退火，获得钙钛矿薄膜；S7：在钙钛矿薄膜上旋涂Spiro
‑
OMeTAD的氯苯溶液，获得空穴传输层；S8：在所述空穴传输层上真空蒸镀金属电极层，获得钙钛矿太阳电池。
[0007]根据本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，步骤S1包括如下步骤：将透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水和异丙醇进行清洗，获得第一透明导电
衬底；将所述第一透明导电衬底进行超声清洗，获得第二透明导电衬底；将所述第二透明导电衬底进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底。
[0008]根据本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，步骤S3中所述乙二胺和乙二硫醇的混合溶液，按体积份数计，乙二胺为100份，乙二硫醇为12~40份。
[0009]根据本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，步骤S3中将所述第一混合溶液进行加热搅拌，其中，加热温度为50~70℃，搅拌时间为30~180min。
[0010]根据本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池的制备方法，步骤S4中所述旋涂的转速为3000~5000rpm，所述旋涂的时间为25~40s；所述退火的温度为70~110℃，所述退火的时间为5~30min。
[0011]本专利技术还提供一种基于钙钛矿太阳电池的制备方法制备的钙钛矿太阳电池，包括所述透明导电衬底、所述电子传输层、所述外延模板层、所述钙钛矿活性层、所述空穴传输层和所述金属电极层；所述电子传输层位于所述透明导电衬底上方，所述外延模板层位于所述电子传输层上方，所述钙钛矿活性层位于所述外延模板层上方，所述空穴传输层位于所述外延模板层上方，所述金属电极层位于所述空穴传输层上方。
[0012]本专利技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：1.本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池及其制备方法，采用了乙二胺和乙二硫醇的复合溶液作为溶剂，并严格控制乙二胺和乙二硫醇的体积比和加热温度，使从乙二硫醇到乙二胺的质子转移形成硫醇盐阴离子，带负电的硫醇盐阴离子亲核性强，不断吸附在Pb表面，使得Pb和S、F之间的键解离，进一步使PbS和PbF2完全溶解于乙二胺和乙二硫醇的复合溶液中，获得含有PbS和PbF2的前驱体溶液。
[0013]2.本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池及其制备方法，采用含有PbS和PbF2的前驱体溶液，制备外延模板层，在外延模板层上旋涂PbI2溶液时，PbI2溶液中的DMF/DMSO溶液难以溶解PbS和PbF2，不会对后续制备钙钛矿太阳电池的操作产生影响，进而提升了钙钛矿太阳电池的稳定性，延长了电池的使用寿命。
[0014]3.本专利技术提供的一种钙钛矿太阳电池及其制备方法，使钙钛矿太阳电池的外延模板层引入了卤化铅及硫属铅化合物中的PbS和PbF2，因其较小的晶格常数，通过应变调制改善了钙钛矿薄膜的稳定性，进一步提升了钙钛矿太阳电池的稳定性，延长了电池的使用寿命，推动了钙钛矿太阳电池的商业化进程。
[0015]本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1是含有PbI2、PbS或PbS/PbF2的钙钛矿前驱层的XRD表征对比图。
[0018]图2是含有PbI2、PbS或PbS/PbF2的钙钛矿薄膜的XRD表征对比图。
[0019]图3是含有PbI2的钙钛矿薄膜的Tauc曲线图。
[0020]图4是含有PbS的钙钛矿薄膜的Tauc曲线图。
[0021]图5是含有PbF2的钙钛矿薄膜的Tauc曲线图。
[0022]图6是含有PbS/PbF2的钙钛矿薄膜的Tauc曲线图。
[0023]图7是含有PbI2、PbS、PbF2或PbS/PbF2的钙钛矿薄膜的PL测试表征对比图。
[0024]图8是含有PbI2或PbS/PbF2的钙钛矿太阳电池的效率随时间变化的稳定性曲线。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术中的附图，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。以下实施例用于说明本专利技术，但本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对透明导电玻璃进行预处理，获得透明导电衬底；S2：在所述透明导电衬底上旋涂SnO2胶体分散液，进行退火，获得电子传输层；S3：将PbS和PbF2置于乙二胺和乙二硫醇的混合溶液中，获得第一混合溶液，将所述第一混合溶液进行加热搅拌，获得前驱体溶液；S4：在所述电子传输层上旋涂所述前驱体溶液，进行退火，获得外延模板层；S5：在所述外延模板层上旋涂PbI2溶液，进行退火，获得钙钛矿前驱层；S6：在所述钙钛矿前驱层上旋涂有机盐溶液，进行第二次退火，获得钙钛矿薄膜；S7：在钙钛矿薄膜上旋涂Spiro
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OMeTAD的氯苯溶液，获得空穴传输层；S8：在所述空穴传输层上真空蒸镀金属电极层，获得钙钛矿太阳电池。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，步骤S1包括如下步骤：将透明导电玻璃依次用清洗剂、去离子水和异丙醇进行清洗，获得第一透明导电衬底；将所述第一透明导电衬底进行超声清洗，获得第二透明导电衬底；将所述第二透明导电衬底进行紫外臭氧处理，获得透明导电衬底。...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁毅，王雅，陈汝芬，侯国付，赵颖，张晓丹，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：