一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池技术领域，公开了一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池包括导电玻璃基底层、电子传输层、三维钙钛矿薄膜层、空穴传输层和银电极层，其中三维钙钛矿薄膜层是通过将碘化铅前驱体溶液和1,4

【技术实现步骤摘要】
一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着有机/无机杂化钙钛矿太阳电池的能量转化效率快速提升，稳定性和大面积器件的制备技术正在成为钙钛矿太阳电池电池领域所关注的重点。从钙钛矿太阳能电池的结构角度来看，钙钛矿太阳能电池本质上是一个具有多层结构的异质结器件，由钙钛矿光吸收层、载流子传输层和电极组成。当太阳光照射器件时，钙钛矿接受光照激发后吸收能量产生载流子(电子
‑
空穴对)，随后电子和空穴分离，电子从钙钛矿传输到电子传输层，后传导至导电玻璃，空穴从钙钛矿层迁移至空穴传输层，随后传输至对电极，最终空穴和电子通过外电路形成电流。
[0003]尽管钙钛矿太阳能电池制备过程简单,但在薄膜的形成过程中很容易引入大量的缺陷。光生载流子迁移过程会因为这种缺陷阻碍载流子传输通道,从而发生载流子产生复合，损失大量载流子，不利于制备高效率的钙钛矿太阳能电池，同时也会影响钙钛矿电池工作的长期稳定性,加速材料的降解,阻碍了钙钛矿太阳能电池进一步商业化发展。因此有效地抑制缺陷产生,对制备高性能长寿命器件至关重要。
[0004]现有技术中，一般是通过在钙钛矿/载体选择界面处引入合适的材料进行表面钝化，可以修复界面处的深层缺陷，有效提高钙钛矿太阳能电池的性能，但是表面钝化处理可能诱发钙钛矿表面功函数的转变，从而激活卤化物迁移，加剧钙钛矿太阳能电池的不稳定性，而且由于钝化机制的复杂性，尚无法确定各种缺陷类型、缺陷密度以及由此产生的陷阱深度，所以钙钛矿薄膜制造工艺中实现高效钝化的工艺方法不具有普适性。此外，通过将二维钙钛矿作为调节三维钙钛矿结晶动力学的种子，在三维钙钛矿中加入二维钙钛矿，称为混合维度钙钛矿，可以有效地提高其固有的稳定性，但是混合维度钙钛矿往往会降低功率转换效率，而且种子层需要提前化学合成，并且制备成溶液，按固定比例将二维相种子层引入碘化铅溶液中进行两步沉积，工艺相对复杂。
[0005]基于此，本专利技术提供了一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，规避了上述处理的缺点，可有效提高钙钛矿太阳能电池的性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过优化晶体制备工艺和组分构成，从源头抑制钙钛矿薄膜结晶过程中产生缺陷，解决了钙钛矿太阳能电池稳定性差、效率低的问题。
[0007]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0008]一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一、制备导电玻璃基底：对氧化铟锡玻璃基板进行超声清洗，清洗结束后，使
用氮气气流进行干燥，进行紫外臭氧处理，形成导电玻璃基底；
[0010]步骤二、制备电子传输层：在导电玻璃表面上表面旋涂铺满二氧化锡胶体稀释液后，于80
‑
150℃的温度条件中退火处理0.5
‑
30min，形成电子传输层；
[0011]步骤三、制备三维钙钛矿薄膜层：将二维种子溶液滴在电子传输层上表面，旋涂铺满，置于60
‑
80℃的温度条件中，进行退火处理10
‑
15s，形成二维种子层，将有机盐溶液滴在二维种子层上表面，旋涂铺匀后，在湿度为30
‑
40％、温度为120
‑
150℃的条件中，进行退火处理10
‑
20min，形成三维钙钛矿薄膜层；
[0012]步骤四、制备空穴传输层：将2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴与氯苯混合，搅拌至完全溶解，再加入4
‑
叔丁基吡啶和双三氟甲烷磺酰亚胺锂乙腈溶液，搅拌混匀后，将其滴在三维钙钛矿薄膜层上表面，2000
‑
3000rmp旋涂20
‑
40s后，使用干燥空气氧化12
‑
24h，形成空穴传输层；
[0013]步骤五、制备银电极：在空穴传输层上表面蒸镀银电极。
[0014]进一步地，步骤二中，所述二氧化锡胶体稀释液的质量浓度为2.5％。
[0015]进一步地，步骤三中，所述二维种子溶液的制备方法具体为：向N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶液中加入碘化铅，搅拌混合均匀，形成碘化铅前驱体溶液；向N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶液中加入1,4
‑
环己烷碘化二甲胺，搅拌至完全溶解，形成1,4
‑
环己烷碘化二甲胺溶液；向碘化铅前驱体溶液中加入1,4
‑
环己烷碘化二甲胺溶液，搅拌混合，自组装形成二维种子溶液。
[0016]进一步地，所述1,4
‑
环己烷碘化二甲胺的制备方法为：将1,4
‑
环己烷二甲胺溶解于乙醇中，以10μL/min的滴加速度，加入氢碘酸，加毕，将体系置于
‑
5～0℃的温度环境中，反应2
‑
4h，反应结束后，静置20min，蒸发溶剂，过滤出沉淀物，使用乙醚对沉淀物进行洗涤后，用无水乙醇重结晶两次，将物料置于烘箱中干燥，制得1,4
‑
环己烷碘化二甲胺。
[0017]进一步地，所述二维种子溶液中，碘化铅前驱体溶液的体积占比为1％～50％。
[0018]进一步地，步骤三中，所述有机盐溶液的制备方法为：将碘化钾胺、甲脒碘化铵和甲脒氯化铵与异丙醇混合，搅拌至完全溶解后，即可制得有机盐溶液。
[0019]通过采用上述技术方案，首先在碘化铅前驱体溶液中加入1,4
‑
环己烷碘化二甲胺溶液，两种溶液反应自组装生成二维种子溶液，并自发形成二维钙钛矿晶种，二维钙钛矿晶种作为种子晶体，可无需经过成核阶段，直接进入生长阶段，这种晶种将在后续过程中诱导高质量混合维度异质结钙钛矿的形成。以异丙醇作为溶剂，将含有甲基碘化胺、甲脒碘化铵和甲脒氯化铵的有机盐溶液旋转涂在二维种子层上，在被有机盐覆盖后，种子诱导的结晶可以以更快的速度立即优先开始，二维种子晶体直接作为生长中心，成为3D钙钛矿异外延生长的模板。经退火处理后，二维种子晶体中暴露的二价有机阳离子与添加的三维钙钛矿组分形成键，诱导优先定向(111晶面)峰值，多个高度取向的晶体核逐渐生长并相互合并，最终制得三维钙钛矿薄膜层。
[0020]进一步地，步骤四中，所述双三氟甲烷磺酰亚胺锂乙腈溶液的制备方法为：将双三氟甲烷磺酰亚胺锂与乙腈混合，搅拌均匀即可。
[0021]进一步地，步骤五中，所述蒸镀时的真空度为6
×
10
‑4Pa。
[0022]一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池，采用上述制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、制备导电玻璃基底：对氧化铟锡玻璃基板进行超声清洗，清洗结束后，使用氮气气流进行干燥，进行紫外臭氧处理，形成导电玻璃基底；步骤二、制备电子传输层：在导电玻璃表面上表面旋涂铺满二氧化锡胶体稀释液后，于80
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150℃的温度条件中退火处理0.5
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30min，形成电子传输层；步骤三、制备三维钙钛矿薄膜层：将二维种子溶液滴在电子传输层上表面，旋涂铺满，置于60
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80℃的温度条件中，进行退火处理10
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15s，形成二维种子层，将有机盐溶液滴在二维种子层上表面，旋涂铺匀后，在湿度为30
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40％、温度为120
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150℃的条件中，进行退火处理10
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20min，形成三维钙钛矿薄膜层；步骤四、制备空穴传输层：将2,2',7,7'
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四[N,N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]
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9,9'
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螺二芴与氯苯混合，搅拌至完全溶解，再加入4
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叔丁基吡啶和双三氟甲烷磺酰亚胺锂乙腈溶液，搅拌混匀后，将其滴在三维钙钛矿薄膜层上表面，2000
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3000rmp旋涂20
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40s后，使用干燥空气氧化12
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24h，形成空穴传输层；步骤五、制备银电极：在空穴传输层上表面蒸镀银电极。2.根据权利要求1所述的一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤二中，所述二氧化锡胶体稀释液的质量浓度为2.5％。3.根据权利要求1所述的一种二维种子诱导生长的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述二维种子溶液的制备方法具体为：向N,N
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二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯山月，黄跃龙，马鑫浩，刘建波，贾炜宽，黄雪峰，
申请(专利权)人：湖州市鹑火光电有限公司，
类型：发明
国别省市：