一种改性钙钛矿薄膜、高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种改性钙钛矿薄膜、高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法。该钙钛矿薄膜用于钙钛矿太阳电池中，包括钙钛矿层、以及由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层上表面形成的钝化层。本发明专利技术旋涂叔丁基胍盐酸盐溶液旋在钙钛矿层上，制备出高质量的钙钛矿薄膜，进而提高了钙钛矿太阳电池的各项光伏性能，最终得到的钙钛矿太阳电池的光电转换效率高达23.06％，比没有改性前的器件20.18％提高了14％，且老化1000小时后仍然保持初始效率90％以上的光电转换效率，该制备方法操作简易，质量高、重复性好。好。好。

【技术实现步骤摘要】
一种改性钙钛矿薄膜、高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池制备
，特别涉及一种改性钙钛矿薄膜、高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着近年来国际上地区间的冲突与危机加剧，能源问题和可持续发展等当今社会的主要议题受到了严峻的挑战。传统能源供应受到了冲击，同时带来的高昂的价格负担和环境污染也日益加重。因此发展可再生能源更加迫在眉睫，而太阳能作为新能源方向的主流，是人类在能源开发方向上的重大方向之一。目前，钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为最新一代光伏电池，以其优异性能、材料来源广泛、种类丰富多样、成本低廉、制备工艺简单可控，且可以适应大规模和柔性制备等优点及其对全球可再生能源市场的巨大影响正在推动全球范围内改善PSC的研究工作，使其有望成为硅太阳能电池的有力替代者。该技术的关键在于设计和制备高效稳定的太阳能电池器件。
[0003]PSCs一般是由透明导电玻璃基底、电子传输层(ETL)、钙钛矿吸光层、空穴传输层(HTL)以及金属电极构成。在光照下，钙钛矿吸光材料能够吸收一定波长范围内光子的能量，将电子空穴对解离成为自由载流子，同时由于钙钛矿吸光层的厚度很少，自由载流子得以快速扩散到钙钛矿吸光层与电荷传输层界面。电子被ETL收集并导向导电玻璃，空穴通过HTL移动到金属电极，最后通过外部电路的连接产生电流。其中，钙钛矿吸光材料是太阳能电池的核心，钙钛矿吸光材料拥有较宽的可调节带隙、吸光系数大、载流子寿命长等特点。但是由于钙钛矿本身钛矿结构的关系，在制备过程中常常都会出现畸变、缺陷以及元素的氧化还原而产生的离子空位；而且在电荷转移过程中，不仅在钙钛矿层存在载流子复合，在所涉及功能层的界面处也经常发生载流子复合，从而导致暗电流的产生，使电池的性能降低，稳定下降。针对这些问题，目前主要考虑通过添加剂工程、界面工程来提高钙钛矿晶体质量，制备均匀致密的钙钛矿膜，降低缺陷浓度，抑制光生载流子的复合，提升其光电性质，调控能级结构从而获得高效而且稳定的钙钛矿太阳能电池。
[0004]叔丁基胍盐酸盐是富电子和贫电子域多功能钝化分子。叔丁基胍盐酸盐是由带负电荷的胺和亚胺基团以及带正电荷的铵头部基团组成的当其用于钙钛矿表面钝化时，叔丁基胍盐酸盐的胺和亚胺基团与钙钛矿表面I/I
‑
之间会形成较强的氢键，在钙钛矿上配位Pb
2+
，促进PbI2的消失和纯钙钛矿纳米晶的形成。同时通过叔丁基胍盐酸盐的参与有益地调节了钙钛矿薄膜的性能；最终获得质量更好的钙钛矿薄膜，进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种改性钙钛矿薄膜、高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案之一如下：
[0007]一种改性钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜用于钙钛矿太阳电池中，包括钙钛矿层、以及由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层上表面形成的钝化层。
[0008]本专利技术提供的技术方案之二如下：
[0009]本专利技术提供一种高效稳定钙钛矿太阳电池，包括由下至上依次堆叠的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和金属电极；
[0010]所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿层、以及由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层的上表面形成的钝化层。
[0011]本专利技术提供的技术方案之三如下：
[0012]一种高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
[0013]提供一导电玻璃；
[0014]在所述导电玻璃上形成电子传输层；
[0015]在所述电子传输层上形成钙钛矿层；
[0016]在所述钙钛矿层上形成钝化层，所述钝化层由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层的上表面并退火处理后形成；
[0017]在所述钝化层上形成空穴传输层；
[0018]在所述空穴传输层上形成金属电极。
[0019]在一更佳的实施例中，所述导电玻璃为ITO导电玻璃。
[0020]在一更佳的实施例中，所述电子传输层的制备过程为：在室温下将SnO2纳米溶液旋涂到ITO导电玻璃上，通过退火处理制得。
[0021]在一更佳的实施例中，所述钙钛矿层的制备过程为：将溶液A旋涂在电子传输层上，然后退火处理，待冷却到室温后，再将溶液B旋涂到溶液A形成的薄膜上，退火处理后制得；所述溶液A为PbI2、N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述溶液B为甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺和甲基氯化胺在异丙醇中混合形成的溶液。
[0022]在一更佳的实施例中，所述空穴传输层的制备过程为：将溶液E旋涂沉积在所述电子传输层上制得；所述溶液E由溶液C与溶液D混合形成，所述溶液C为双三氟甲磺酰亚胺锂的乙腈溶液，所述溶液D为氯苯、Spiro
‑
OMeTAD和4
‑
叔丁基吡啶的混合溶液。
[0023]在一更佳的实施例中，所述金属电极的制备过程为：将银电极镀在空穴传输层上制得。
[0024]在一更佳的实施例中，所述叔丁基胍盐酸盐溶液的浓度为0.3
‑
1.0mg/ml。
[0025]在一更佳的实施例中，所述叔丁基胍盐酸盐溶液的旋涂速度为4000
‑
5000rpm，旋涂时间为20
‑
40秒，100℃下退火5分钟。
[0026]综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
[0027]1、本专利技术利用叔丁基胍盐酸盐均匀涂布于钙钛矿表面，进行钝化，叔丁基胍盐酸盐分子中的胺和亚胺基团与钙钛矿表面I/I
‑
之间会形成较强的氢键，在钙钛矿上配位Pb
2+
，避免大量多余的PbI2生成，降低了缺陷密度，抑制了界面间的非辐射复合；
[0028]2、本专利技术的制备方法操作简单，质量高，重复性好，与现有技术相比，不仅可大量制备出一种高效稳定钙钛矿太阳电池制备方法，并且具备操作难度不高，可行性强，制备周期短，成本低等优点。
[0029]本专利技术的其它特征和有益效果将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他有益效果可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例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一简单地介绍，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；在下面描述中附图所述的位置关系，若无特别指明，皆是图示中组件绘示的方向为基准。
[0031]图1为本专利技术实施例1中原始钙钛矿电池(Pristine)与叔丁基胍盐酸盐(TBGaCl)改性钙钛矿电池的X射线衍射图谱；
[0032]图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜用于钙钛矿太阳电池中，其特征在于：包括钙钛矿层、以及由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层上表面形成的钝化层。2.一种高效稳定钙钛矿太阳电池，其特征在于：包括由下至上依次堆叠的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和金属电极；所述钙钛矿薄膜包括钙钛矿层、以及由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层的上表面形成的钝化层。3.高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一导电玻璃；在所述导电玻璃上形成电子传输层；在所述电子传输层上形成钙钛矿层；在所述钙钛矿层上形成钝化层，所述钝化层由叔丁基胍盐酸盐溶液旋涂在所述钙钛矿层的上表面并退火处理后形成；在所述钝化层上形成空穴传输层；在所述空穴传输层上形成金属电极。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述导电玻璃为ITO导电玻璃。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述电子传输层的制备过程为：在室温下将SnO2纳米溶液旋涂到ITO导电玻璃上，通过退火处理制得。6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿层的制备过程为：将溶液A旋涂在电子传输层上，然后退火处理，待冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏月琳，黄雍恒，黄昀防，吴季怀，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：