一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法，属于光电材料技术领域。制备方法如下：选取导电基底并涂覆电子传输层溶液，退火形成电子传输层；将含4

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及光电材料
，具体涉及一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]在全球气候变化和“双碳”目标下，光伏技术发展深受重视。在过去的十几年中，钙钛矿太阳能电池作为新型的光伏设备得到了迅猛发展，其光电转化效率(PCE)已由最初的3.8％提升至26.1％，已经可以与传统的晶硅和砷化镓光伏电池PCE不分伯仲，成为下一代太阳能电池的有力竞争者。
[0003]然而，钙钛矿电池仍处于商业化的早期阶段，其存在的最重要的问题在于其应对光、热、湿度等外界环境的挑战时无法表现出长期稳定性，导致钙钛矿电池稳定性低的根本原因在于其表面缺陷的存在，由于卤化物空缺所导致过剩的未配位的Pb
2+
阳离子是最主要的表面缺陷之一。针对这一问题现有常见的解决方法是使用小分子掺杂，掺杂的小分子通常为含有孤对电子对的元素S、O、N等，然而此类小分子自身活泼性较高，无法保证其能与Pb
2+
离子构成配位共价键，而掺杂含有此类元素的聚合物则可保证其稳定性更强。因此，本专利技术提供了一种简化合成步骤的聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法，有益于提升钙钛矿晶体的质量，填充孔洞与晶界降低缺陷密度，从而提高钙钛矿电池器件的光电转化效率以及稳定性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1、选取导电基底并涂覆电子传输层溶液，进行第一次退火形成电子传输层；
[0007]S2、将含单体分子与引发剂的PbI2前驱体溶液涂布于电子传输层上，进行第二次退火形成PbI2薄膜的同时完成原位聚合反应，如此简化了聚合物合成步骤，获得具有聚合物微胶囊包覆的PbI2薄膜；
[0008]S3、将铵盐溶液涂布于PbI2薄膜上，进行第三次退火形成钙钛矿吸收层；
[0009]S4、将空穴传输层溶液涂布于钙钛矿吸收层上，形成空穴传输层；
[0010]S5、将金属电极的原材料蒸镀于空穴传输层上，得到钙钛矿太阳能电池。
[0011]优选的，所述步骤S1中的导电基底为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃或氧化铟锡透明导电膜玻璃，所述导电基底的厚度为0.5～2.5cm。
[0012]优选的，所述步骤S1中的电子传输层溶液为去离子水和二氧化锡水溶液的混合溶液，去离子水将二氧化锡水溶液中的二氧化锡含量稀释至2～2.5wt％，常温搅拌2小时后，旋转涂布于导电基底上进行第一次退火，退火条件为150℃加热退火30分钟。
[0013]优选的，所述步骤S2中的PbI2前驱体溶液的制备步骤如下：
[0014]S2
‑
1、将PbI2晶体颗粒和4
‑
丙烯酰吗啉单体加入到二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，在70℃条件下搅拌4小时，得到含4
‑
丙烯酰吗啉单体分子的PbI2有机溶液；
[0015]S2
‑
2、加入1wt％的2,2'
‑
二氰基
‑
2,2'
‑
偶氮丙烷作引发剂，常温搅拌1小时得到PbI2前驱体溶液。
[0016]优选的，所述二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为9:1。
[0017]优选的，所述步骤S2中的第二次退火条件为90℃加热退火5分钟。
[0018]优选的，所述步骤S3中的铵盐溶液是将甲脒碘、甲胺氯加入异丙醇溶剂中，常温搅拌4小时制得，其中甲脒碘和甲胺氯的摩尔比为4:1；第三次退火条件为150℃加热退火15分钟。
[0019]优选的，所述步骤S4中的空穴传输层溶液是将2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴、4
‑
叔丁基吡啶、双三氟甲烷磺酰亚胺锂加入氯苯溶液中，常温搅拌3分钟制得。
[0020]优选的，所述步骤S5中的金属电极的原材料为金，蒸镀的真空度小于1
×
10
‑3pa，蒸镀速度为
[0021]优选的，所述步骤S5中蒸镀的真空度小于6
×
10
‑4pa，蒸镀速度为pa，蒸镀速度为
[0022]因此，本专利技术采用的上述一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法与现有技术相比，本专利技术解决了小分子掺杂配位不稳定的问题，合理利用4
‑
丙烯酰吗啉的低温自由基聚合性质，全过程参与PbI2成核与钙钛矿结晶过程。通过原位聚合实现对PbI2晶体的微胶囊包覆，加速了PbI2成核速度为铵盐的渗透提供更多孔洞，有益于铵盐前驱体溶液渗透。利用聚合物胶囊的溶胀性质，在形成钙钛矿过程中铵盐溶液渗透进入胶囊内层与PbI2晶体反应减缓钙钛矿结晶速度。最后，退火时胶囊收缩形成修饰层同时实现表面缺陷的钝化。由于深度参与调节PbI2成核与钙钛矿结晶，诱导形成高质量大粒径钙钛矿晶体。同时，由于单取代基聚合物柔性更强且两个O原子与相邻的Pb良好的空间匹配，从而使得其紧贴表面对PbI2晶核包裹作用更强。也因其无法进入[PbI6]4‑
晶格之中而填充了表面的缺陷，有效抑制了吸收层的非辐射复合；也由于聚合物的厌水长链的包覆，有效提高了钙钛矿太阳能电池器件的稳定性。
[0023]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0024]图1为本专利技术中钙钛矿太阳能电池结构图；
[0025]图2为4
‑
丙稀酰吗啉聚合物微胶囊包覆的PbI2薄膜的俯视SEM图；
[0026]图3为4
‑
丙稀酰吗啉聚合物微胶囊包覆的钙钛矿薄膜随退火时间变化的俯视图SEM图；
[0027]图4为加入4
‑
丙稀酰吗啉单体与引发剂的PbI2薄膜退火前后的傅里叶变换红外光谱；
[0028]图5为实施例1和对比例1分别制得的钙钛矿太阳能电池的J
‑
V性能曲线对比图；
[0029]图6为实施例3和对比例1分别制得的钙钛矿太阳能电池的湿度稳定性测试对比图。
具体实施方式
[0030]以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。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。
[0031]本专利技术实施例中所用导电基底包括掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(FTO)或氧化铟锡透明导电膜玻璃，所述导电基底的厚度为0.5～2.5cm，优选为1～2cm，进一步优选为1.5～1.8cm。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物微胶囊包覆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：S1、选取导电基底并涂覆电子传输层溶液，进行第一次退火形成电子传输层；S2、将含单体分子与引发剂的PbI2前驱体溶液涂布于电子传输层上，进行第二次退火形成PbI2薄膜的同时完成原位聚合反应，如此简化了聚合物合成步骤，获得具有聚合物微胶囊包覆的PbI2薄膜；S3、将铵盐溶液涂布于PbI2薄膜上，进行第三次退火形成钙钛矿吸收层；S4、将空穴传输层溶液涂布于钙钛矿吸收层上，形成空穴传输层；S5、将金属电极的原材料蒸镀于空穴传输层上，得到钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的导电基底为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃或氧化铟锡透明导电膜玻璃，所述导电基底的厚度为0.5～2.5cm。3.根据权利要求1所述的一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中的电子传输层溶液为去离子水和二氧化锡水溶液的混合溶液，去离子水将二氧化锡水溶液中的二氧化锡含量稀释至2～2.5wt％，常温搅拌2小时后，旋转涂布于导电基底上进行第一次退火，退火条件为150℃加热退火30分钟。4.根据权利要求1所述的一种聚合物微胶囊包覆的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中的PbI2前驱体溶液的制备步骤如下：S2
‑
1、将PbI2晶体颗粒和4
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丙烯酰吗啉单体加入到二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，在70℃条件下搅拌4小时，得到含4
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丙烯酰吗啉单体分子的PbI2有机溶液；S2
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2、加入1wt％的2,2'
‑
二氰基

【专利技术属性】
技术研发人员：李祥高，徐一伯，王世荣，刘红丽，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：