一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法技术

本发明专利技术公开一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法


[0001]本专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体为一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法
。

技术介绍

[0002]近年来，钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电性能
、
高光电转化效率
、
制备方法简单以及低成本等优势得到了极大的关注，效率得到快速提升
。
其光电转换效率从
2009
年的
3.8
％提高到
26
％
。
制备钙钛矿材料的方法主要有一步法和两步法，其中一步法主要是通过旋涂提前配比好的钙钛矿溶液，此溶液的溶剂通常为二甲基亚砜
(DMSO)
以及
N,N
‑
二甲基甲酰胺
(DMF)
，同时此方法通常需要使用反溶剂来获得高质量的钙钛矿薄膜，常用的反溶剂有氯苯
、
甲苯等有机溶剂
。
同时此方法制备窗口较为狭小，大量使用非绿色的反溶剂会对环境以及人体造成极大的伤害
。
两步法通常是指先制备卤化铅薄膜，随后再制备有机组分薄膜，通过两组分之间的扩散和相互反应最终形成钙钛矿薄膜
。
两步法更容易实现对钙钛矿层的结晶控制，重复性更好，两步法往往应用于电池的大规模生产
。
研究两步法中钙钛矿薄膜的结晶动力学有助于实现高质量钙钛矿薄膜的可控制备
。
[0003]钙钛矿薄膜的质量对电池的光电性能起着决定性作用，各层材料与钙钛矿薄膜之间的针孔以及钙钛矿薄膜存在的缺陷等往往降低电池的光电性能和其稳定性
。
[0004]目前高效率钙钛矿太阳能电池的组分较为复杂，为适应钙钛矿太阳能电池的大规模产业化应用，长期高质量钙钛矿薄膜的可控制备至关重要
。
研究发现，组分较为复杂的钙钛矿前驱体溶液存在明显的老化问题，即随着前驱体放置时间的延长，基于此前驱体制备的钙钛矿薄膜质量明显下降
(Perovskite solution aging:What happened and how to inhibit
？
Chem,2020,6(6):1369
‑
1378)。
前驱体的不稳定性不利于钙钛矿产业化应用
。

技术实现思路

[0005]为解决上述问题，本专利技术提供一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法，通过调控钙钛矿有机前驱体溶液的组分，提升了钙钛矿有机前驱体溶液的稳定性，有利于通过两步法实现高质量钙钛矿薄膜的长期可控制备
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术提供一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法，所述钙钛矿电池为正式结构，所述制备方法包括以下步骤：
[0008](1)
在衬底上制备电子传输层，然后将其放入真空蒸发设备中进行无机卤化物的蒸发沉积，或在电子传输层上涂布无机卤化物前驱体溶液并在
30
～
100℃
退火
20s
～
2min
，制备无机卤化物薄膜；
[0009](2)
将钙钛矿有机前驱体溶液涂布在无机卤化物薄膜上制备有机前驱体薄膜，
130
～
180℃
退火
10
～
40min
，反应形成钙钛矿薄膜层；所述钙钛矿有机前驱体溶液包括溶质
、
溶
剂和添加剂，所述添加剂为乙醇醛
、
水杨醛
、
间羟基苯甲醛中的一种或多种；
[0010](3)
在钙钛矿薄膜层上制备空穴传输层；
[0011](4)
在空穴传输层上制备薄膜电极
。
[0012]本发还提供一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法，所述钙钛矿电池为反式结构，所述制备方法包括以下步骤：
[0013](1)
在衬底上制备空穴传输层，然后将其放入真空蒸发设备中进行无机卤化物的蒸发沉积，或在空穴传输层上涂布无机卤化物前驱体溶液并在
30
～
100℃
退火
20s
～
2min
，制备无机卤化物薄膜；
[0014](2)
将钙钛矿有机前驱体溶液涂布在无机卤化物薄膜上制备有机前驱体薄膜，
130
～
180℃
退火
10
～
40min
，反应形成钙钛矿薄膜层；所述钙钛矿有机前驱体溶液包括溶质
、
溶剂和添加剂，所述添加剂为乙醇醛
、
水杨醛
、
间羟基苯甲醛中的一种或多种；
[0015](3)
在钙钛矿薄膜层上制备电子传输层；
[0016](4)
在电子传输层上制备薄膜电极
。
[0017]上述技术方案中，进一步地，所述钙钛矿有机前驱体溶液中溶质为甲脒以及甲胺的卤化物，包括甲脒氢碘酸盐
、
甲胺氢碘酸盐
、
甲脒氢氯酸盐
、
甲脒氢氟酸盐
、
甲胺氢氯酸盐
、
甲脒氢溴酸盐
、
甲胺氢溴酸盐
、
甲胺氢氟酸盐中的一种或多种，所述钙钛矿有机前驱体溶液中溶剂为异丙醇
、
乙醇中的一种或两种；
[0018]所述钙钛矿有机前驱体溶液中添加剂的体积浓度为0～3％，且不为
0。
[0019]上述技术方案中，进一步地，所述衬底为刚性导电衬底或柔性导电衬底；
[0020]所述刚性导电衬底为平板玻璃，且其上镀有导电薄膜，其中导电薄膜包括
FTO、AZO、BZO、ITO、IWO
中的任意一种；
[0021]所述柔性导电衬底包括金属箔
、
有机高分子薄膜中的任意一种；所述金属箔包括铝箔
、
镍箔
、
不锈钢箔中的任意一种；所述有机高分子薄膜包括
PVA、PET、PEN、PI、PDMS、PES
中的任意一种，且其上镀有导电薄膜，其中导电薄膜包括
Au、Ag、Ni、Ti、FTO、AZO、BZO、ITO、IWO
中的任意一种
。
[0022]上述技术方案中，进一步地，所述电子传输层的制备方法为旋涂
、
刮涂
、
溅射
、
蒸发
、
化学浴中的任意一种；
[0023]所述空穴传输层的制备方法为旋涂
、
刮涂
、
溅射
、
蒸发
、
化学浴中的任意一种
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法，其特征在于，所述钙钛矿电池为正式结构，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
在衬底上制备电子传输层，然后将其放入真空蒸发设备中进行无机卤化物的蒸发沉积，或在电子传输层上涂布无机卤化物前驱体溶液并在
30
～
100oC
退火
20s
～
2min
，制备无机卤化物薄膜；
(2)
将钙钛矿有机前驱体溶液涂布在无机卤化物薄膜上制备有机前驱体薄膜，
130
～
180oC
退火
10
～
40min
，反应形成钙钛矿薄膜层；所述钙钛矿有机前驱体溶液包括溶质
、
溶剂和添加剂，所述添加剂为乙醇醛
、
水杨醛
、
间羟基苯甲醛中的一种或多种；
(3)
在钙钛矿薄膜层上制备空穴传输层；
(4)
在空穴传输层上制备薄膜电极
。2.
一种基于高稳定性钙钛矿有机前驱体溶液的钙钛矿电池制备方法，其特征在于，所述钙钛矿电池为反式结构，所述制备方法包括以下步骤：
(1)
在衬底上制备空穴传输层，然后将其放入真空蒸发设备中进行无机卤化物的蒸发沉积，或在空穴传输层上涂布无机卤化物前驱体溶液并在
30
～
100oC
退火
20s
～
2min
，制备无机卤化物薄膜；
(2)
将钙钛矿有机前驱体溶液涂布在无机卤化物薄膜上制备有机前驱体薄膜，
130
～
180oC
退火
10
～
40min
，反应形成钙钛矿薄膜层；所述钙钛矿有机前驱体溶液包括溶质
、
溶剂和添加剂，所述添加剂为乙醇醛
、
水杨醛
、
间羟基苯甲醛中的一种或多种；
(3)
在钙钛矿薄膜层上制备电子传输层；
(4)
在电子传输层上制备薄膜电极
。3.
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿有机前驱体溶液中溶质为甲脒以及甲胺的卤化物，包括甲脒氢碘酸盐
、
甲胺氢碘酸盐
、
甲脒氢氯酸盐
、
甲脒氢氟酸盐
、
甲胺氢氯酸盐
、
甲脒氢溴酸盐
、
甲胺氢溴酸盐
、
甲胺氢氟酸盐中的一种或多种，所述钙钛矿有机前驱体溶液中溶剂为异丙醇
、
乙醇中的一种或两种；所述钙钛矿有机前驱体溶液中添加剂的体积浓度为0～3％，且不为
0。4.
根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述衬底为刚性导电衬底或柔性导电衬底；所述刚性导电衬底为平板玻璃，且其上镀有导电薄膜，其中导电薄膜包括
FTO、AZO、BZO、ITO、IWO
中的任意一种；所述柔性导电衬底包括金属箔
、
有机高分子薄膜中的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑德旭，于凤阳，刘吉双，杨少安，李智鹏，杨栋，吴飒建，刘生忠，
申请(专利权)人：中国核能电力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：