溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维-三维异质结复合薄膜及利用其制备室内弱光太阳能电池制造技术

本申请涉及钙钛矿太阳电池技术领域，尤其是溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维

【技术实现步骤摘要】
溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜及利用其制备室内弱光太阳能电池


[0001]本申请涉及钙钛矿太阳电池
，尤其是涉及溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜及利用其制备室内弱光太阳能电池
。

技术介绍

[0002]在短短十多年的时间里，单结钙钛矿太阳能电池的效率已突破
26.1%
，进一步提高单节电池效率变得非常困难
。
为了打破单结器件的限制以获得更高的效率，宽禁带钙钛矿作为顶部电池备受关注，因其可以与窄禁带底部电池
(
如硅
)
堆叠来构建高效叠层太阳能电池
。
[0003]宽带隙钙钛矿太阳能电池在叠层电池
、
半透明器件
、
室内光伏等领域应用具有重要意义
。
然而宽带隙钙钛矿太阳能电池存在严重的开路电压损失和相分离问题，影响了其光电转换效率和稳定性
。
[0004]溶液法制备的宽带隙多晶钙钛矿薄膜中存在许多缺陷，一方面这些缺陷会作为载流子复合中心引起严重的非辐射复合，从而导致电压损失
。
另一方面，宽带隙钙钛矿薄膜表面或晶界处的缺陷会成为水汽
、
空气等入侵钙钛矿的通道，会降低宽带隙钙钛矿太阳能电池的稳定性
。
[0005]二维钙钛矿由于具有绝缘间隔层，已经被证明可以解决钙钛矿的不稳定性问题
。
但由于量子阱和介电效应的限制，其效率远不如
3D
钙钛矿
。
在试图减少晶体缺陷的过程中，已经应用了几种策略来增强晶层的均匀成核和均匀生长
。
界面钝化通常是通过在顶部或底部界面沉积一层额外的层来进行的，从而促进了载流子输运和延迟的电荷复合
。
另一种方法依赖于材料钝化，通过在钙钛矿中加入适当的添加剂来消除体相和表面缺陷
。
[0006]孟等人在专利（
CN112736211A
）中提出了
MAAc
及
MATFA
离子液体作为一种钙钛矿添加剂，离子液体与长链烷基溴铵盐混合添加法可以省去在制备有机无机钙钛矿薄膜发光层所必须的反溶剂添加等后处理过程，这使得制备流程被大大简化
。
然而，对于宽带隙钙钛矿太阳能电池的结晶度和稳定性仍然未得到有效解决，而这些问题对于钙钛矿薄膜的结晶状态和电池产业化推广无疑是一大阻碍
。
[0007]针对上述技术缺陷，申请人提供了一款溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜及利用其制备室内弱光太阳能电池，实现高质量
、
大晶粒
、
体相稳定的二维
‑
三维异质结复合钙钛矿薄膜，使钙钛矿层状分子间的作用力增强，从而减少了非辐射复合
。

技术实现思路

[0008]为了解决上述技术问题，本申请提供了溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜及利用其制备室内弱光太阳能电池
。
[0009]第一方面，本申请提供的溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄
膜，是通过以下技术方案得以实现的：溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜主要是由溶液添加剂体和钙钛矿溶液形成的钙钛矿前驱体溶液通过旋涂法制成；所述溶液添加剂体是将油胺碘溶解在三氯甲烷中配成；所述油胺碘
/
三氯甲烷的浓度为2‑
10mg/mL。
[0010]本申请中溶液添加剂钝化三维宽带隙钙钛矿，将油胺碘溶解在三氯甲烷中预先制备添加剂溶液，然后加入到配置好的钙钛矿前驱体溶液中，实现高质量
、
大晶粒
、
体相稳定的二维
‑
三维异质结复合钙钛矿薄膜，使钙钛矿层状分子间的作用力增强，减少非辐射复合
。
[0011]优选的，所述油胺碘
/
三氯甲烷的浓度为6‑
8mg/mL。
[0012]优选的，所述宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜的制备方法如下：先配制采用溶液添加剂体和钙钛矿溶液形成的钙钛矿前驱体溶液，然后将已制备好的
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3转移至干空手套箱，然后旋涂配制的钙钛矿前驱体溶液，再在旋涂过程中进行反溶剂处理，最后加热进行钙钛矿薄膜结晶，在
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3的
Al2O3表面形成宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜
。
[0013]优选的，宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜结构为
OAm2PbI4‑
Cs
0.05
FA
0.70
MA
0.25
PbI
2.25
Br
0.75
。
[0014]优选的，所述的宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜的制备方法具体如下：将由
CsI、FAPbI3和
MAPbBr3组成的钙钛矿前驱体溶液溶解于混合溶剂中，所述混合溶剂是
DMF:DMSO
以质量比
4:1
制成，然后按照
10:1
的比例将混合溶剂加入溶解好的油胺碘溶液，并对配置好的钙钛矿溶液进行过滤；在
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3薄膜上涂
100
μ
L
的钙钛矿溶液，采用连续两步旋转程序，包括
1000rpm
为
4s
和
4000rpm
为
30s
，在程序结束前
10
秒，将
240
µ
L
乙酸乙酯滴到旋转的钙钛矿薄膜上，然后在
100℃
退火
20
‑
30min
，在
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3的
Al2O3表面形成宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜
OAm2PbI4‑
Cs
0.05
FA
0.70
MA
0.25
PbI
2.25
Br
0.75
。
[0015]第二方面，本申请提供的利用溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜制备的室内弱光太阳能电池，是通过以下技术方案得以实现的：利用溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜制备的室内弱光太阳能电池，所述室内弱光太阳能电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜，其特征在于：主要是由溶液添加剂体和钙钛矿溶液形成的钙钛矿前驱体溶液通过旋涂法制成；所述溶液添加剂体是将油胺碘溶解在三氯甲烷中配成；所述油胺碘
/
三氯甲烷的浓度为2‑
10mg/mL。2.
根据权利要求1所述的溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜，其特征在于：所述油胺碘
/
三氯甲烷的浓度为6‑
8mg/mL。3.
根据权利要求1所述的溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜，其特征在于：制备方法如下：先配制采用溶液添加剂体和钙钛矿溶液形成的钙钛矿前驱体溶液，然后将已制备好的
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3转移至干空手套箱，然后旋涂配制的钙钛矿前驱体溶液，再在旋涂过程中进行反溶剂处理，最后加热进行钙钛矿薄膜结晶，在
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3的
Al2O3表面形成宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜
。4.
根据权利要求3所述的溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜，其特征在于：宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜结构为
OAm2PbI4‑
Cs
0.05
FA
0.70
MA
0.25
PbI
2.25
Br
0.75
。5.
根据权利要求4所述的溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜，其特征在于：所述的宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜的制备方法具体如下：将由
CsI、FAPbI3和
MAPbBr3组成的钙钛矿前驱体溶液溶解于混合溶剂中，所述混合溶剂是
DMF:DMSO
以质量比
4:1
制成，然后按照
10:1
的比例将混合溶剂加入溶解好的油胺碘溶液，并对配置好的钙钛矿溶液进行过滤；在
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3薄膜上涂
100
μ
L
的钙钛矿溶液，采用连续两步旋转程序，包括
1000rpm
为
4s
和
4000rpm
为
30s
，在程序结束前
10
秒，将
240
µ
L
乙酸乙酯滴到旋转的钙钛矿薄膜上，然后在
100℃
退火
20
‑
30min
，在
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3的
Al2O3表面形成宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜
OAm2PbI4‑
Cs
0.05
FA
0.70
MA
0.25
PbI
2.25
Br
0.75
。6.
利用权利要求1‑5中任一项所述的溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜制备的室内弱光太阳能电池，其特征在于：所述室内弱光太阳能电池的结构如下：
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3/
宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜
/PEAI/C
60
/SnO2/Ag。7.
根据权利要求6所述的一种利用溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜制备的室内弱光太阳能电池，其特征在于：所述
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3薄膜的制备包括以下步骤：步骤一，
ITO
玻璃基板依次用洗涤剂
、
去离子水
、
乙醇超声波洗涤
20
‑
30min
，然后放烘干箱进行干燥处理；步骤二，将
ITO
玻璃衬底置于溅射系统中，在
99.9%NiO
靶上进行射频磁控溅射沉积
NiO
x
层，然后转移至空气条件下
180
±
2℃
热台上退火
20
‑
30min
；步骤三，待冷却后转移至干燥手套箱中采用旋涂法将
1.5
‑
3.0mg/mL
甲苯溶剂中的
PTAA
溶液沉积在
NiO
x
上，旋涂转速为
5600
‑
6400rpm
，旋涂时间为
28
‑
32s
，然后在
120
±
2℃
下退火
20
‑
30min
；步骤四，旋涂
Al2O3溶液，
Al2O3溶液中
Al2O3浓度为
0.2~0.6wt%
，旋涂转速
3200
‑
3600rpm
，旋涂时间为
28
‑
32s
，旋涂
Al2O3溶液在
ITO/NiO
x
/PTAA
薄膜上后进行退火处理，退火温度为
120
±
2℃
，退火时间为
20
‑
30min
，即得
ITO/NiO
x
/PTAA/Al2O3薄膜
。8.
根据权利要求6所述的一种利用溶液添加剂制备宽带隙钙钛矿二维
‑
三维异质结复合薄膜制备的室内弱光太阳能电池，其特征在于：所述
PEAI/C
60
/SnO2/Ag
的制备方法如下：
S1
，将
1mg/mL
异丙醇溶剂中的
PEAI
溶液沉积在钙钛矿薄膜上进行
2D
钝化，转速为
3800
‑
4200rpm
，旋涂时间为
28
‑
32s
，然后在
100
±
1.0℃
退火
10
‑
12min
；
S2
，然后热蒸发
40
‑
60nm
的
C
60
作为电子传输层；
S3
...

【专利技术属性】
技术研发人员：麦耀华，王有生，吴绍航，马巧燕，刘冲，延小鹏，
申请(专利权)人：广东脉络能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：