一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术提供了一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在导电基底表面依次形成电子传输层、钙钛矿光吸收层、钝化层、空穴传输层和金属电极层，得到钙钛矿太阳能电池；所述钙钛矿光吸收层为通过氢碘酸辅助预合成FAPbI3粉末再溶解制得。与现有技术相比，本发明专利技术提供的制备方法通过氢碘酸辅助预合成FAPbI3粉末，改善FAPbI3粉末质量，使用优化后的粉末再溶解作为沉积薄膜的高纯前驱体，使得钙钛矿薄膜的结晶度提高，具有更少的缺陷，良好的相分布和环境稳定性，大大提高了器件效率，稳定性以及可重复性。稳定性以及可重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳电池
，更具体地说，是涉及一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来钙钛矿太阳能电池发展迅猛，最先进的高效钛矿太阳能电池通常是通过在极性非质子溶剂或溶剂混合物中直接混合极其昂贵的高纯度(即99.999％)卤化铅和有机卤化铵原料来制造的，这增加了生产成本，并成为未来商业制造的巨大负担。此外，原材料的质量因批次而异，这对高效设备的再现性不利。设备再现性受阻还应归咎于制备过程中的称重误差和前体组分在极性非质子溶剂中的不同溶解度，这不利于对生成的钙钛矿成分进行精确的化学计量控制。更糟糕的是，用于制备钙钛矿的原材料，碘化铅(PbI2)颗粒和甲脒碘(FAI)，对水分和空气敏感，这对获得具有长寿命的稳定钙钛矿光电器件提出了巨大挑战。显然，钙钛矿成分的固有不稳定性需要迅速解决，目的是将PSCs的寿命提高到25年以上，与传统的硅基太阳能电池相当。
[0003]近年来一个热门的解决方案是首先PbI2和FAI合成FAPbI3粉末，然后在随后的薄膜处理步骤中使用该粉末。粉末加工通常在陶瓷或金属领域广为人知，相应的加工方法是在工业环境中建立的。同样在卤化物钙钛矿领域，以粉末形式制备钙钛矿太阳能电池也已得到大量关注。令人鼓舞的是，采用钙钛矿晶体粉末再溶解策略制备的钙钛矿太阳能电池的效率已从低于10％迅速提高到25.5％，强调这一新兴策略的普遍性和有效性。因此，采用钙钛矿晶体再溶解策略制造高效、稳定、可再生、低成本PSCs的具有的空前优势。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于进一步提高FAPbI3粉末的质量以及提升钙钛矿太阳电池的性能，提出了一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过氢碘酸辅助的逆温结晶法预合成FAPbI3粉末，改善FAPbI3粉末质量；优化后的粉末用作沉积钙钛矿薄膜的高纯前驱体，使得钙钛矿薄膜的结晶度提高，具有更少的缺陷，良好的相分布和环境稳定性，满足未来对高效率、稳定性好的太阳能电池的要求，进一步推进钙钛矿太阳能电池商业化的进程。
[0005]本专利技术提供了一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]在导电基底表面依次形成电子传输层、钙钛矿光吸收层、钝化层、空穴传输层和金属电极层，得到钙钛矿太阳能电池；
[0007]所述钙钛矿光吸收层为通过氢碘酸辅助预合成FAPbI3粉末再溶解制得。
[0008]优选的，所述导电基底为ITO玻璃、FTO玻璃、AZO玻璃或导电PET。
[0009]优选的，所述电子传输层为SnO2纳米颗粒层；所述形成电子传输层的过程具体为：
[0010]利用溶液法在导电基底上沉积SnO2前驱体溶液，退火后得到电子传输层；
[0011]所述退火的温度为120℃～180℃，时间为20min～50min。
[0012]优选的，所述钙钛矿光吸收层的制备方法具体为：
[0013]首先通过氢碘酸辅助的逆温结晶法预合成FAPbI3粉末；然后将预合成FAPbI3粉末再溶解，得到钙钛矿前驱体溶液；最后将钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，退火后冷却，得到钙钛矿光吸收层。
[0014]优选的，所述通过氢碘酸辅助的逆温结晶法预合成FAPbI3粉末的过程具体为：
[0015]将摩尔比为1：(0.5～1.5)的FAI和PbI2在氢碘酸存在下，与二甲氧基乙醇混合，得到澄清溶液；再在110℃～130℃油浴加热生成FAPbI3粉末后过滤；最后在140℃～160℃真空烘箱烘干20min～40min，得到预合成FAPbI3粉末。
[0016]优选的，所述再溶解的过程具体为：
[0017]将质量比为(45～50)：1的预合成FAPbI3粉末和MACl在体积比为1：(6～10)的二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中充分溶解后，用0.2μm～0.25μm的过滤头进行过滤，得到钙钛矿前驱体溶液。
[0018]优选的，所述旋涂采用两步旋涂法，第一步旋转速度为900rpm～1100rpm，时间为4s～6s，第二步旋转速度为4900rpm～5100rpm，时间为18s～22s，距离旋转结束5s～7s时滴入反溶剂乙醚；
[0019]所述退火的温度为120℃～150℃，时间为10min～40min。
[0020]优选的，所述钝化层为PEAI薄膜层；所述钝化层的形成过程具体为：
[0021]将PEAI溶解在IPA溶液中，以4900rpm～5100rpm的旋转速率旋涂到钙钛矿光吸收层表面，形成钝化层。
[0022]优选的，所述空穴传输层为固态电解质Spiro
‑
OMeTAD薄层；所述空穴传输层的形成过程具体为：
[0023]在钝化层上旋涂空穴传输层溶液，旋涂的转速为2000rpm～400rpm，旋涂的时间为20s～30s，干燥后形成空穴传输层；
[0024]所述空穴传输层溶液由spiro
‑
OMeTAD、双三氟甲基磺酰亚胺锂储备溶液、磷酸三丁酯和氯苯组成。
[0025]优选的，所述金属电极层为金电极层，由真空蒸镀制备而成。
[0026]本专利技术提供了一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在导电基底表面依次形成电子传输层、钙钛矿光吸收层、钝化层、空穴传输层和金属电极层，得到钙钛矿太阳能电池；所述钙钛矿光吸收层为通过氢碘酸辅助预合成FAPbI3粉末再溶解制得。与现有技术相比，本专利技术提供的制备方法通过氢碘酸辅助预合成FAPbI3粉末，改善FAPbI3粉末质量，使用优化后的粉末再溶解作为沉积薄膜的高纯前驱体，使得钙钛矿薄膜的结晶度提高，具有更少的缺陷，良好的相分布和环境稳定性，大大提高了器件效率，稳定性以及可重复性。
[0027]另外，本专利技术提供的制备方法工艺简单，条件温和、易控，应用前景广阔。
附图说明
[0028]图1为本专利技术提供的基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛矿太阳能电池的结构示意
图；
[0029]图2为通过氢碘酸辅助合成FAPbI3粉末和直接合成FAPbI3粉末的X射线衍射图像；
[0030]图3为对比例1和实施例2薄膜的X射线衍射图像；
[0031]图4为实施例4～6添加不同量的氢碘酸合成FAPbI3粉末再溶解制得的钙钛矿太阳能电池和对比例2直接合成FAPbI3粉末再溶解制得的钙钛矿太阳能电池的I
‑
V测试结果。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0033]本专利技术提供了一种基于钙钛矿晶体再溶解策略的钙钛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于钙钛矿晶体再溶解策略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：在导电基底表面依次形成电子传输层、钙钛矿光吸收层、钝化层、空穴传输层和金属电极层，得到钙钛矿太阳能电池；所述钙钛矿光吸收层为通过氢碘酸辅助预合成FAPbI3粉末再溶解制得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述导电基底为ITO玻璃、FTO玻璃、AZO玻璃或导电PET。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电子传输层为SnO2纳米颗粒层；所述形成电子传输层的过程具体为：利用溶液法在导电基底上沉积SnO2前驱体溶液，退火后得到电子传输层；所述退火的温度为120℃～180℃，时间为20min～50min。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿光吸收层的制备方法具体为：首先通过氢碘酸辅助的逆温结晶法预合成FAPbI3粉末；然后将预合成FAPbI3粉末再溶解，得到钙钛矿前驱体溶液；最后将钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层上，退火后冷却，得到钙钛矿光吸收层。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述通过氢碘酸辅助的逆温结晶法预合成FAPbI3粉末的过程具体为：将摩尔比为1：(0.5～1.5)的FAI和PbI2在氢碘酸存在下，与二甲氧基乙醇混合，得到澄清溶液；再在110℃～130℃油浴加热生成FAPbI3粉末后过滤；最后在140℃～160℃真空烘箱烘干20min～40min，得到预合成FAPbI3粉末。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治学，王琪，邢增杰，宁士远，于越，魏超，唐梓彭，上官炫烁，周璐，卢成志，
申请(专利权)人：华电电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：