一种无机钝化制备具有高开路电压的CsPbBr3太阳能电池的方法技术

本发明专利技术提供了无机金属卤化物SbX3在提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的开路电压中的应用；所述X包括F、Cl、Br或I。本发明专利技术还提供了一种无机钝化制备具有高开路电压的CsPbBr3太阳能电池的方法。本发明专利技术采用无机的界面修饰材料SbX3对钙钛矿内的缺陷进行钝化，具有无机材料的稳定性，SbX3能弥补表面缺陷态，针对钙钛矿中的缺陷进行钝化，降低缺陷态密度，针对CsPbBr3/碳界面能级进行补偿，促进界面载流子提取与传输，减少界面能级势垒，而且与钙钛矿强键合释放钙钛矿薄膜内的残余应力，抑制晶格畸变，提高器件稳定性以及光伏性能。提高器件稳定性以及光伏性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无机钝化制备具有高开路电压的CsPbBr3太阳能电池的方法


[0001]本专利技术属于无机钙钛矿叠层太阳电池
，涉及无机金属卤化物SbX3在提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的开路电压中的应用以及一种利用无机材料钝化制备CsPbBr3太阳能电池的方法，尤其涉及一种无机钝化制备具有高开路电压的CsPbBr3太阳能电池的方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池(PSC)发展迅速，经过数十年的发展，有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经提升至了25.8％，可与单晶硅太阳能电池效率相媲美。但是有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池因有机阳离子具有挥发性，因此稳定性较差。而全无机CsPbBr3钙钛矿具有良好的热稳定性，光照下具有较低的离子迁移率，并且具有较高的理论开路电压(1.98V)，适合应用在光驱动化学反应和叠层太阳能电池之中。但是，宽带隙的CsPbBr
3 PSC存在较大的开路电压损失，这主要是由于钙钛矿内的缺陷态导致的载流子复合以及界面间能级势垒阻碍了载流子的提取，从而使得开路电压损失较大，电池光伏性能较差。
[0003]目前针对钙钛矿PSC开路电压损失较大的问题，通常采用有机界面修饰材料例如有机小分子、聚合物等来钝化缺陷，改善界面能级，主要是通过有机物的特殊官能团与钙钛矿之间相互作用，生成氢键等次级键，但是这种键强较弱，不足以保护钙钛矿免受氧气和水分的侵蚀，稳定性较差。
[0004]因此，如何找到一种更为适宜的方式，解决现有的CsPbBr
3 PSC存在的上述技术问题，已成为业内诸多具有前瞻性的一线研究人员亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供无机金属卤化物SbX3在提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的开路电压中的应用以及一种利用无机材料钝化制备CsPbBr3太阳能电池的方法，特别是一种无机钝化制备具有高开路电压的CsPbBr3太阳能电池的方法。本专利技术采用无机的金属卤化物SbX3作为界面修饰材料，提高了CsPbBr
3 PSC的稳定性，获得了具有高开压的钙钛矿太阳能电池。而且制备方法工艺简单，条件温和，可控性好，更加适于工业化的推广和应用。
[0006]本专利技术提供了无机金属卤化物SbX3在提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的开路电压中的应用；
[0007]所述X包括F、Cl、Br或I。
[0008]优选的，所述应用包括SbX3钝化CsPbBr3钙钛矿内的缺陷；
[0009]所述CsPbBr3钙钛矿太阳能电池包括CsPbBr3钙钛矿薄膜层以及复合在CsPbBr3钙钛矿薄膜层上的SbX3层；
[0010]所述CsPbBr3钙钛矿薄膜层的厚度为500～600nm。
[0011]优选的，所述钝化具体为，SbX3作为界面修饰材料，沿晶界和表面化学钝化CsPbBr3钙钛矿；
[0012]所述SbX3层通过化学键键合在CsPbBr3钙钛矿薄膜层上；
[0013]所述SbX3用于弥补CsPbBr3钙钛矿薄膜表面的缺陷态；
[0014]所述SbX3层与CsPbBr3钙钛矿薄膜层的接界处，SbX3掺杂在CsPbBr3晶格中形成Sb
‑
Br键。
[0015]优选的，所述CsPbBr3钙钛矿太阳能电池还包括设置在SbX3层上的碳电极层；
[0016]所述SbX3用于降低CsPbBr3与碳之间的界面能级势垒；
[0017]所述CsPbBr3钙钛矿太阳能电池还包括设置在CsPbBr3钙钛矿薄膜层下的电子传输层以及设置在电子传输层下的导电玻璃；
[0018]所述电子传输层包括SnO2电子传输层；
[0019]所述导电玻璃包括FTO导电玻璃。
[0020]本专利技术还提供了一种利用无机材料钝化制备CsPbBr3太阳能电池的方法，包括以下步骤：
[0021]1)制备含有CsPbBr3钙钛矿薄膜的太阳能电池半成品；
[0022]2)在上述步骤得到的太阳能电池半成品的CsPbBr3钙钛矿薄膜表面，旋涂SbX3溶液，退火后，得到含有SbX3层的半成品，然后在SbX3层上复合电极后，得到CsPbBr3太阳能电池；
[0023]所述X包括F、Cl、Br或I。
[0024]优选的，所述SbX3溶液的溶剂包括异丙醇、乙醇和甲醇中的一种或多种；
[0025]所述SbX3溶液的浓度为0.1～0.7mg/mL；
[0026]所述电极包括碳电极层。
[0027]优选的，所述退火的方式包括在空气氛围下退火；
[0028]所述退火的时间为5～25min；
[0029]所述退火的温度为100～200℃。
[0030]优选的，所述步骤1)具体包括以下步骤：
[0031]11)在FTO导电玻璃的表面旋涂SnO2溶液后，经过热处理，得到含有SnO2电子传输层的基片；
[0032]12)预热上述步骤得到的基片和PbBr2有机溶液，然后在基片的SnO2电子传输层上旋涂PbBr2有机溶液，再进行退火，形成PbBr2层，然后将CsBr水溶液旋涂在PbBr2层上，进行再次退火后，得到含有CsPbBr3钙钛矿薄膜的太阳能电池半成品。
[0033]优选的，所述热处理的时间为25～35min；
[0034]所述热处理的温度为165～175℃；
[0035]所述PbBr2有机溶液的溶剂包括N,N
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二甲基甲酰胺；
[0036]所述PbBr2有机溶液的浓度为0.95～1.05mol/L；
[0037]所述预热的温度为90～100℃；
[0038]所述预热的时间为8～12min。
[0039]优选的，所述步骤12)中的退火的时间为5～15min；
[0040]所述步骤12)中的退火的温度为90～100℃；
[0041]所述CsBr水溶液的浓度为0.95～1.05mol/L；
[0042]所述步骤12)中的再次退火的时间为10～20min；
[0043]所述步骤12)中的再次退火的温度为265～275℃。
[0044]本专利技术提供了无机金属卤化物SbX3在提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的开路电压中的应用；所述X包括F、Cl、Br或I。与现有技术相比，本专利技术创造性的仅将无机金属卤化物SbX3用于钝化CsPbBr3钙钛矿层，从而提高了钙钛矿太阳能电池的开路电压。本专利技术采用无机金属卤化物SbX3作为界面修饰材料，沿晶界和表面化学钝化钙钛矿，具有较好的稳定性。而且仅仅是通过简单旋涂法将SbX3的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿表面，钝化缺陷态，降低CsPbBr3/碳界面能级势垒，促进界面载流子提取，同时SbX3与钙钛矿表面强键合，改善钙钛矿薄膜的残余应力，提高了CsPbBr
3 PSC的稳定性获得了高开压的钙钛矿太阳能电池。
[0045]本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无机金属卤化物SbX3在提高CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的开路电压中的应用；所述X包括F、Cl、Br或I。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述应用包括SbX3钝化CsPbBr3钙钛矿内的缺陷；所述CsPbBr3钙钛矿太阳能电池包括CsPbBr3钙钛矿薄膜层以及复合在CsPbBr3钙钛矿薄膜层上的SbX3层；所述CsPbBr3钙钛矿薄膜层的厚度为500～600nm。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述钝化具体为，SbX3作为界面修饰材料，沿晶界和表面化学钝化CsPbBr3钙钛矿；所述SbX3层通过化学键键合在CsPbBr3钙钛矿薄膜层上；所述SbX3用于弥补CsPbBr3钙钛矿薄膜表面的缺陷态；所述SbX3层与CsPbBr3钙钛矿薄膜层的接界处，SbX3掺杂在CsPbBr3晶格中形成Sb
‑
Br键。4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述CsPbBr3钙钛矿太阳能电池还包括设置在SbX3层上的碳电极层；所述SbX3用于降低CsPbBr3与碳之间的界面能级势垒；所述CsPbBr3钙钛矿太阳能电池还包括设置在CsPbBr3钙钛矿薄膜层下的电子传输层以及设置在电子传输层下的导电玻璃；所述电子传输层包括SnO2电子传输层；所述导电玻璃包括FTO导电玻璃。5.一种利用无机材料钝化制备CsPbBr3太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)制备含有CsPbBr3钙钛矿薄膜的太阳能电池半成品；2)在上述步骤得到的太阳能电池半成品的CsPbBr3钙钛矿薄膜表面，旋涂SbX3溶液，退火后，得到含有SbX3层的半成品，然后在SbX3层上复合电极后，得到CsPbBr3太...

【专利技术属性】
技术研发人员：张腾，刘稳稳，刘强，张志伟，杨贵州，刘和元，范建国，王振华，卜凡，王目周，苗阳，邢涛，
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
国别省市：