一种掺杂的钙钛矿薄膜及其制备方法和钙钛矿太阳能电池技术

本发明专利技术涉及一种掺杂的钙钛矿薄膜及其制备方法和钙钛矿太阳能电池，在钙钛矿薄膜中包含有掺杂了小分子铷盐的三维钙钛矿材料和二维钙钛矿材料，所述小分子铷盐的分子通式为

【技术实现步骤摘要】
一种掺杂的钙钛矿薄膜及其制备方法和钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池制备
，特别涉及一种掺杂的钙钛矿薄膜及其制备方法和钙钛矿太阳能电池
。

技术介绍

[0002]太阳能电池是一种光电转换器件，利用半导体的光伏效应将太阳能转化为电能
。
发展至今，太阳能发电已经成为除水力发电和风力发电之外最重要的可再生能源
。
现用于商业化的半导体有单晶硅
、
多晶硅
、
非晶硅
、
碲化镉
、
铜铟镓硒等等，但大多能耗大
、
成本高
。
[0003]近年来，一种钙钛矿太阳能电池受到广泛关注，这种钙钛矿太阳能电池以有机金属卤化物为光吸收层
。
钙钛矿为
ABX3型的立方八面体结构，此种材料制备的薄膜太阳能电池工艺简便
、
生产成本低
、
稳定且转化率高，自
2009
年至今，光电转换效率从
3.8%
提升至
25%
以上，已高于商业化的晶硅太阳能电池且具有较大的成本优势
。
[0004]为了进一步提高钙钛矿电池效率，有研究提出了新的电池结构，或在材料界面进行修饰并且探索了一些新的材料
。
但由于现有技术的局限性，大多钙钛矿太阳能电池稳定性仍有较大的提升空间，极容易产生相分离
、
离子迁移
、
性能衰减现象
。
[0005]目前已经有很多工作致力于制备高稳定性的有机无机混合钙钛矿材料，其中，二维钙钛矿凭借其独特的量子阱结构获得了极佳的光电性质和较好的环境稳定型，现有技术主要采用长链脂肪族有机铵盐和小分子芳香族有机铵盐制备二维钙钛矿
。
[0006]Uchida,R.
等人研究了铯
(Cs+)
和铷
(Rb+)
在多元杂化钙钛矿太阳能电池中的作用
。
铷的原子核外电子很不稳定，可见光的能量就足以使其原子电离
。
由于铷的晶体中有活动性很强的自由电子，因而它具有良好的导电性
、
导热性
。
在一定波长的作用下，铷的电子可获得能量，从金属逸出而产生光电效应
。
[0007]多个专利公开掺杂卤化铷到钙钛矿的吸光层中，作为制备钙钛矿吸光层的原料；例如，公开号为
CN112625680A
的专利公开了利用碳酸铷提升卤素钙钛矿稳定性的方法；公开号为
CN105870329A
的专利公开了利用水溶性氟化铷作为阴极界面层的方法
。
[0008]但是，现有钙钛矿太阳电池制备过程中易产生黄相，且制得的钙钛矿材料暴露在空气中极易受到光照
、
水分
、
高温等因素的影响，从而出现不同程度分解和相转化，导致制得的钙钛矿电池稳定性变差
。

技术实现思路

[0009]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种掺杂的钙钛矿薄膜及其制备方法和钙钛矿太阳能电池，提出一种掺杂小分子铷盐的多维钙钛矿结构，掺杂阴离子为甲酸根
、
乙酸根
、
磷酸根
、
次磷酸根的小分子铷盐
。
小分子铷盐可以帮助在三维钙钛矿表面诱导形成更为稳定的二维钙钛矿，增加钙钛矿层间结合力，使得不同维度的钙钛矿更好地结合和覆盖在彼此表面，抑制离子迁移和表面复合，使钙钛矿电池的光电转化效率和长期稳定性均得到提升
。
[0010]其中甲酸根
、
乙酸根
、
磷酸根
、
次磷酸根可与钙钛矿材料中的金属离子相互作用，形成锚定键，从而使得小分子铷盐更均匀地分散于吸光层中的各个区域辅助晶体生长，从底部开始诱导钙钛矿形成黑相，从而达到稳定钙钛矿材料本身的作用
。
[0011]本专利技术是这样实现的，提供一种掺杂的钙钛矿薄膜，在所述钙钛矿薄膜中包含有掺杂了小分子铷盐的三维钙钛矿材料和二维钙钛矿材料；其中，所述小分子铷盐的分子通式为
RbY
，三维钙钛矿材料的分子通式为
ABX3，二维钙钛矿材料的分子通式为
E2A
n
‑1B
n
X
3n+1
；式中，
Rb
为铷；
Y
为小分子基团，包括甲酸根
、
乙酸根
、
磷酸根
、
次磷酸根中任意一种阴离子；
A
为胺基
、
脒基
、
铯
、
铷或者碱族中任意一种正一价阳离子；
B
为铅
、
锡
、
钨
、
铜
、
锌
、
镓
、
锗
、
砷
、
硒
、
铑
、
钯
、
银
、
镉
、
铟
、
锑
、
锇
、
铱
、
铂
、
金
、
汞
、
铊
、
铋
、
钋中任意一种正二价阳离子；
X
碘
、
溴
、
氟
、
氯
、
砹
、
硫氰根中任意一种负一价阴离子，
n=1~5
；
E
为碱族
、
正丁基铵
、2
‑
苯基乙基铵
、
胍
、5
‑
戊酸铵
、
异丁基铵
、
苄基铵
、
正戊基铵
、2
‑
噻吩甲基铵
、2
‑
（全氟苯基）乙基铵
、1
‑
金刚烷基甲铵和
1,4
‑
亚苯基二甲铵中任意一种阳离子
。
[0012]本专利技术是这样实现的，还提供一种如前所述的掺杂的钙钛矿薄膜制备方法，包括如下步骤：步骤一
、
分别将小分子铷盐
、
三维钙钛矿材料粉末
、
二维钙钛矿材料粉末与有机溶剂相互混合得到多维钙钛矿前驱体液；其中，所述有机溶剂为
N,N
‑
二甲基甲酰胺（
DMF
）
、
二甲基亚砜（
DMSO
）
、N
‑
甲基吡咯烷酮（
NMP
）
、
γ
‑
丁内酯（
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种掺杂的钙钛矿薄膜，其特征在于，在所述钙钛矿薄膜中包含有掺杂了小分子铷盐的三维钙钛矿材料和二维钙钛矿材料；其中，所述小分子铷盐的分子通式为
RbY
，三维钙钛矿材料的分子通式为
ABX3，二维钙钛矿材料的分子通式为
E2A
n
‑1B
n
X
3n+1
；式中，
Rb
为铷；
Y
为小分子基团，包括甲酸根
、
乙酸根
、
磷酸根
、
次磷酸根中任意一种阴离子；
A
为胺基
、
脒基
、
铯
、
铷或者碱族中任意一种正一价阳离子；
B
为铅
、
锡
、
钨
、
铜
、
锌
、
镓
、
锗
、
砷
、
硒
、
铑
、
钯
、
银
、
镉
、
铟
、
锑
、
锇
、
铱
、
铂
、
金
、
汞
、
铊
、
铋
、
钋中任意一种正二价阳离子；
X
碘
、
溴
、
氟
、
氯
、
砹
、
硫氰根中任意一种负一价阴离子，
n=1~5
；
E
为碱族
、
正丁基铵
、2
‑
苯基乙基铵
、
胍
、5
‑
戊酸铵
、
异丁基铵
、
苄基铵
、
正戊基铵
、2
‑
噻吩甲基铵
、2
‑
（全氟苯基）乙基铵
、1
‑
金刚烷基甲铵和
1,4
‑
亚苯基二甲铵中任意一种阳离子
。2.
一种如权利要求1所述的掺杂的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一
、
分别将小分子铷盐
、
三维钙钛矿材料粉末
、
二维钙钛矿材料粉末与有机溶剂相互混合得到多维钙钛矿前驱体液；其中，所述有机溶剂为
N,N
‑
二甲基甲酰胺（
DMF
）
、
二甲基亚砜（
DMSO
）
、N
‑
甲基吡咯烷酮（
NMP
）
、
γ
‑
丁内酯（
GBL
）
、
四氢呋喃（
THF
）中的任意一种或多种混合；步骤二
、
通过旋涂
、
刮涂
、
狭缝式连续涂布
、
喷涂中任意一种加工方式将制备多维钙钛矿前驱体液涂覆在已制备功能层的基底表面，进行退火处理后得到所需的掺杂的钙钛矿薄膜
。3.
一种如权利要求1所述的掺杂的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤Ⅰ、
分别将小分子铷盐
、
三维钙钛矿材料粉末与有机溶剂相互混合得到掺杂小分子铷盐的三维钙钛矿前驱体液；其中，所述有机溶剂为
N,N
‑
二甲基甲酰胺（
DMF
）
、
二甲基亚砜（
DMSO
）
、N
‑
甲基吡咯烷酮（
NMP
）
、
γ
‑
丁内酯（
GBL
）
、
四氢呋喃（
THF
）中的任意一种或多种混合；步骤Ⅱ、
通过旋涂
、
刮涂
、
狭缝式连续涂布
、
喷涂中任意一种加工方式将制备的混合小分子铷盐的三维钙钛矿前驱体液涂覆在已制备功能层的基底表面，进行退火处理以及反溶剂处理后得到中间态的掺杂铷盐的三维钙钛矿薄膜；步骤Ⅲ、
将二维钙钛矿材料粉末与有机溶剂相互混合得到二维钙钛矿前驱体液，通过旋涂
、
刮涂
、
狭缝式连续涂布
、
喷涂中任意一种加工方式将制备的二维钙钛矿前驱体液涂覆在掺杂铷盐的三维钙钛矿薄膜表面，干燥后得到所需的掺杂的钙钛矿薄膜；其中，所述有机溶剂为
N,N
‑
二甲基甲酰胺（
DMF
）
、
二甲基亚砜（
DMSO
）
、N
‑
甲基吡咯烷酮（
NMP
）
、
γ
‑
丁内酯（
GBL
）
、
四氢呋喃（
THF
）中的任意一种或多种混合
。4.
一种如权利要求1所述的掺杂的钙钛矿薄膜制备方法，其特征在于，包括如下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：杭州纤纳光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：