一种挥发性添加剂释放残余应力制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法技术

本发明专利技术公开了一种制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，主要通过使用挥发性添加剂调控前驱体薄膜孔隙率，释放钙钛矿的残余应力，制备具有高开路电压的钙钛矿太阳能电池。其采用挥发性添加剂NH4Br对溴化铅薄膜孔隙率进行调节，减少PbBr2转变为CsPbBr3钙钛矿薄膜的残余应力，可将钙钛矿太阳能电池开路电压有效提高。经TiCl4处理后的SnO2在ETL/钙钛矿界面处设置中间能级，但PbBr2/DMF对处理后的ETL浸润性较差，制备的溴化铅薄膜孔隙率较高；本发明专利技术可调节该薄膜的孔隙率，实现钙钛矿晶粒生长过程中精确应力调控，抑制残余应力带来的晶格畸变，实现高效率器件载流子传输，提高钙钛矿薄膜的吸光强度。矿薄膜的吸光强度。

【技术实现步骤摘要】
一种挥发性添加剂释放残余应力制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池的开发与利用
，特别是一种挥发性添加剂释放残余应力制备高开路电压的钙钛矿(铯铅溴CsPbBr3)太阳能电池的方法，具体内容涉及一种挥发性添加剂NH4Br调节PbBr2薄膜孔隙率，减少钙钛矿的残余应力，提高钙钛矿太阳能电池开路电压和光电转换效率。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池(英文简称PSCs)在效率和成本方面可以与大多数商业光伏电池相媲美，但其内在的不稳定性仍然是实际应用的主要问题。在器件制造和运行过程中，PSCs中存在的残余应力，会促进缺陷态的产生、相变、化学分解、界面分层和机械脆性，在很大程度上影响了器件的稳定性。通过调节薄膜内部的残余应力，可以有效地调节材料的理化性能，进而影响器件的性能和稳定性。
[0003]近年来，关于释放钙钛矿薄膜内的残余应力的工作已经得到一定研究。研究者们普遍关注前驱体化学反应和加工过程中应力的产生和消除。文献Accurate Adjusting the Lattice Strain of Triple
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Cation and Mixed
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Halide Perovskites for High
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Performance Photodetector.(ACS Appl.Mater.Interfaces 2022,14,24,28154
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28162.)，通过控制钙钛矿A位阳离子的组成和比例来调整晶格应变。文献Precise stress controlof inorganic perovskite films for carbon
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based solar cells with an ultrahigh voltage of 1.622V.(Nano Energy 2020,67,104286.)，计算出PbBr2转变为CsPbBr3会发生2.18倍的体积膨胀，并通过调控PbBr2结晶温度来调节PbBr2结晶过程以及形貌，从而实现对钙钛矿薄膜的应力调控。文献Unveiling the additive
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assisted oriented growth of perovskite crystallite for high performance light
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emitting diodes.(Nat.Commun.2021,12,5081.)，使用具有多功能基团的新型添加剂2
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(2
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(2
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氨基乙氧基)乙氧基)乙酸，它可以促进钙钛矿和钝化缺陷的定向生长，从而产生具有高结晶度和低缺陷密度的钙钛矿层。文献Pre
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Buried Additive for Cross
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Layer Modification in Flexible Perovskite Solar Cells with Efficiency Exceeding 22％.(Adv.Mater.2022,34,2109879.)，通过使用甲酸铵(HCOONH4)用作电子传输层(ETL)中的预埋添加剂，能促进ETL中的电子提取能力，减少钙钛矿薄膜中的残余应变和微应变松弛，降低ETL及钙钛矿层内的缺陷密度。
[0004]目前大多数关于CsPbBr3的改性研究专注于CsBr沉积工艺的改性和已形成的CsPbBr3薄膜的钝化，鲜有探究PbBr2薄膜结晶动力学过程的研究。现有方法制备的CsPbBr3薄膜容易出现针孔，难以获得高质量的钙钛矿薄膜。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种挥发性添加剂释放残余应力制备高开
路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，通过本专利技术方法获得的PSCs，具有显著提高的Voc等特点。
[0006]本专利技术提供一种挥发性添加剂释放残余应力制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，其包括以下步骤：
[0007]S1、提供四氯化钛处理后的氧化锡基层；
[0008]S2、在所述氧化锡基层上涂覆前驱体溶液，通过90～110℃退火处理形成前驱体膜层，所述前驱体溶液由溴化铅、添加剂和DMF组成，所述添加剂为溴化铵，所述溴化铵与溴化铅的摩尔比为0.8～8：100；
[0009]S3、将溴化铯涂覆于所述前驱体膜层表面，然后于260～280℃退火得到钙钛矿薄膜，组装得到CsPbBr3钙钛矿太阳能电池。
[0010]在本专利技术的实施例中，步骤S1具体包括：通过湿法SnO2加热制备FTO/SnO2基底；将所述基底的SnO2表面与四氯化钛水溶液接触，进行加热，得到四氯化钛处理后的氧化锡基层。
[0011]在本专利技术的实施例中，步骤S1中，所述湿法SnO2加热的温度为150～170℃。
[0012]在本专利技术的实施例中，步骤S1中，将制备的FTO/SnO2基底浸泡在四氯化钛水溶液中，进行加热的温度为70～80℃，浸泡至少30min；所述四氯化钛水溶液的浓度为0.04～0.05M。
[0013]在本专利技术的实施例中，步骤S2中，所述前驱体溶液按照以下方式配制得到：将溴化铅和溴化铵溶于DMF中，60～70℃加热搅拌，得到前驱体溶液。
[0014]在本专利技术的实施例中，步骤S2中，所述溴化铵与溴化铅的摩尔比为1～7：100。
[0015]在本专利技术的实施例中，步骤S2中的涂覆和步骤S3中的涂覆均为旋涂方式；步骤S3采用1mol/L溴化铯水溶液进行旋涂，溴化铯水溶液停留时间为15～25s。
[0016]在本专利技术的实施例中，步骤S3中，所述退火的温度为265～275℃，时间为10～20min；所述钙钛矿薄膜的厚度为540～560nm。
[0017]在本专利技术的实施例中，所述钙钛矿薄膜结合碳电极组装得到CsPbBr3钙钛矿太阳能电池。
[0018]在本专利技术的实施例中，所述碳电极通过刮涂加热导电碳浆料形成，厚度为13～20μm。
[0019]钙钛矿太阳能电池(PSC)中存在的不良应变会促进缺陷态的产生、相变、化学分解、界面分层和机械脆性，这在很大程度上影响了器件的稳定性。通过调节薄膜内部的残余应力，可以有效地调整材料的理化性能，进而影响相应器件的性能和稳定性。应变控制对于制备稳定高效的PSCs是不可或缺的。此外，晶体生长过程的调控对于获得高质量的钙钛矿薄膜至关重要，调节晶体生长，降低缺陷态密度，从而有利于提高电池的光伏性能。
[0020]目前，关于基底对PbBr2薄膜孔隙率的影响探究较少。此外，经TiCl4处理后的SnO2作为电子传输层(ETL)可以在ETL/钙钛矿界面处设置中间能级，但这种方法制备的溴化铅(PbBr2)薄膜孔隙率较高，制备的铯铅溴(CsPbBr3)薄膜容易出现针孔，难以调控合适的停留时间使其充分反应获得高质量的钙钛矿薄膜。
[0021]基于此，本专利技术主要使用挥发性添加剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种挥发性添加剂释放残余应力制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、提供四氯化钛处理后的氧化锡基层；S2、在所述氧化锡基层上涂覆前驱体溶液，通过90～110℃退火处理形成前驱体膜层，所述前驱体溶液由溴化铅、添加剂和DMF组成，所述添加剂为溴化铵，所述溴化铵与溴化铅的摩尔比为0.8～8：100；S3、将溴化铯涂覆于所述前驱体膜层表面，然后于260～280℃退火得到钙钛矿薄膜，组装得到CsPbBr3钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：通过湿法SnO2加热制备FTO/SnO2基底；将所述基底的SnO2表面与四氯化钛水溶液接触，进行加热，得到四氯化钛处理后的氧化锡基层。3.根据权利要求2所述制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤S1中，所述湿法SnO2加热的温度为150～170℃。4.根据权利要求2所述制备高开路电压的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤S1中，将制备的FTO/SnO2基底浸泡在四氯化钛水溶液中，进行加热的温度为70～80℃，浸泡至少30min；所述四氯化钛水溶液的浓度为0.04～0.05M。5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾，李希友，范建国，季文普，王明清，高五喜，周露露，赵宝华，刘和元，李智，王振华，刘涛，
申请(专利权)人：中国石油大学华东兖矿水煤浆气化及煤化工国家工程研究中心有限公司，
类型：发明
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