【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿因其光吸收能力强、带隙可调、载流子扩散距离和寿命长，可溶液法制备等特点迅速发展成为太阳能电池的理想活性材料。可印刷介观钙钛矿太阳能电池采用金属卤化物钙钛矿材料作为光活性层吸收剂，通过丝网印刷技术在单一导电玻璃基底上逐层制备介孔电子传输层、介孔间隔层和介孔电极层，然后进行溶液填充以完成器件制备。与传统的太阳能电池相比，可印刷介观钙钛矿太阳能电池在器件结构、制备工艺、材料成本等方面都具有显著优势，是真正意义上的第三代太阳能电池，这使得超低成本太阳能电池的制备成为可能，有望实现超廉价光伏发电。
2、可印刷介观钙钛矿太阳能电池的制备过程主要包括：通过喷雾热解法喷涂空穴阻挡层、通过丝网印刷技术逐层沉积三层介孔膜、一步滴涂法填充钙钛矿材料、器件退火及钙钛矿结晶。其中，钙钛矿作为光活性层吸收剂，其结晶质量是影响整个器件性能的关键。研究发现钙钛矿晶体的生长受环境温湿度、溶剂饱和蒸气压、化学组分组成、添加剂含量等多方面的影响，晶体生长过程易产生成核速率过快、晶格空位缺失、离子迁移等问题，此外有机无机杂化多元钙钛矿的光活性相变问题也影响着钙钛矿晶体的吸光能力，从而严重影响器件的光电性能和稳定性。现有技术是基于工艺和结构上的优化，通过调节三层介孔膜的膜厚、均匀性、平整度以及环境条件(包括温度、湿度、气压)等改善钙钛矿的结晶质量，这存在一定的工艺复杂性和较高的制备要求，因此迫切需要开发一种简单高效的策略改善器件退火过程中钙钛矿的结晶质量，以至于提高
技术实现思路
1、本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。可印刷介观钙钛矿太阳能电池在基板上有电子传输层、间隔层、电极层三层介孔膜结构，这三层介孔膜结构中填充有卤化物钙钛矿材料。在此结构中，钙钛矿材料与电子传输层形成体相复合结构，钙钛矿中的光生电子在产生之后可以被快速有效的提取至电子传输层，最终转移到电极。在此过程中钙钛矿作为核心材料，其光生电子的产生能力与其自身结晶质量是密不可分的。所以钙钛矿材料在结晶过程面临的众多挑战，如：成核速率过快、产生晶界、离子迁移、缺陷与复合、光活性相转变等等，都会影响到太阳能电池的性能。本专利技术提供了一类新的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其通过含碱金属溴化物的钙钛矿层，有效提高了太阳能电池的性能。
2、具体而言，本专利技术提供了如下技术方案：
3、本专利技术的第一方面提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿层，所述钙钛矿层包括如下结构式表示的钙钛矿材料：mxa(1-x)bi(3-y)bry，其中0＜x＜1；0＜y＜3；m选自碱金属元素中的至少一种，a选自甲胺基、甲脒基中的至少一种，b为铅、锡中的至少一种。所提供的钙钛矿太阳能电池所含有的钙钛矿层中含有的钙钛矿材料中有碱金属阳离子与溴离子，与未加入碱金属以及溴离子相比，碱金属元素以及溴元素的加入可以有效提高钙钛矿结晶质量和薄膜形貌、抑制电荷复合和提高电荷传输，有利于钙钛矿太阳能电池性能的提升，可有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
4、根据本专利技术的实施例，以上所提供的钙钛矿太阳能电池还可以进一步包括如下技术特征：
5、根据本专利技术的实施例，0.01≤x≤0.05。
6、根据本专利技术的实施例，0.01≤y≤0.05。
7、根据本专利技术的实施例，所述钙钛矿太阳能电池还包括导电玻璃，与依次设置于所述导电玻璃上的空穴阻挡层、具有介孔结构的电子传输层、具有介孔结构的间隔层及具有介孔结构的电极层，所述钙钛矿层设置于所述电子传输层、所述间隔层以及所述电极层的介孔结构中。
8、本专利技术的第二方面提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
9、提供一基板；
10、在所述基板上形成钙钛矿层，所述钙钛矿层包括如下结构式表示的钙钛矿材料：
11、mxa(1-x)bi(3-y)bry，其中0＜x＜1；0＜y＜3；m选自碱金属元素中的至少一种，a选自甲胺基、甲脒基中的至少一种，b为铅、锡中的至少一种。
12、根据本专利技术的实施例，以上所提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法还可以进一步包括如下技术特征：
13、根据本专利技术的实施例，在所述基板上形成所述钙钛矿层的步骤包括：
14、提供一钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿前驱体材料、碱金属溴化物和溶剂，所述钙钛矿前驱体材料包括ai和bi2，a选自甲胺基、甲脒基中的至少一种，b为铅、锡中的至少一种；
15、使用所述钙钛矿前驱体溶液在所述基板上形成钙钛矿前驱体湿膜层，将钙钛矿前驱体湿膜层固化得到所述钙钛矿层。
16、通过钙钛矿前驱体材料、溶剂以及碱金属溴化物混合溶解搅拌形成钙钛矿前驱体溶液，所提供的前驱体溶液可应用到太阳能电池中，例如可印刷介观钙钛矿太阳能电池中。与未加入碱金属溴化物相比，碱金属溴化物的加入可以有效提高钙钛矿结晶质量和薄膜形貌、抑制电荷复合和提高电荷传输，有利于器件性能的提升。采用该前驱体溶液可以制备优质的钙钛矿薄膜；而且通过该前驱体溶液可有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。而且所提供的前驱体溶液在室温下即可混合获得，条件可控，制备工艺简单，成本低廉。
17、根据本专利技术的实施例，所述碱金属溴化物与所述钙钛矿前驱体材料的摩尔比为(1～10):100
18、根据本专利技术的实施例，所述碱金属溴化物选自溴化钠、溴化钾、溴化铯、溴化铷中的至少一种；优选地，所述碱金属溴化物选自溴化钠、溴化钾、溴化铯、溴化铷中的至少两种。
19、根据本专利技术的实施例，所述溶剂选自n-甲基甲酰胺(nmf)、n,n-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜中的至少一种。
20、根据本专利技术的实施例，提供一基板包括：提供一导电玻璃，在所述导电玻璃上逐层制备空穴阻挡层、电子传输层、间隔层及电极层，所述电子传输层、所述间隔层和所述电极层均形成介孔结构；使用所述钙钛矿前驱体溶液在所述基板上形成钙钛矿前驱体湿膜层，将钙钛矿前驱体湿膜层固化得到所述钙钛矿层，具体包括：
21、将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆在所述电极层上，直至所述钙钛矿前驱体溶液流至所述电子传输层、所述间隔层以及所述电极层的介孔结构中形成钙钛矿前驱体湿膜层，将钙钛矿前驱体湿膜层固化得到所述钙钛矿层。
22、本专利技术所取得的有益效果为：
23、本专利技术所提供的钙钛矿太阳能电池，通过在钙钛矿材料中掺杂碱金属阳离子以及溴离子，用来降低离子迁移、抑制电荷复合、钝化离子态缺陷，并且抑制活性相钙钛矿的相变，最终导致器件的光电转换效率的大幅提升。此外，研究发现溴离子的引入宏观上能增大钙钛矿晶粒尺寸，促进钙钛矿的结晶，然而微观下由于卤素离子被溴离子取代会使得钙钛矿晶体结构发生改变，而碱金属阳离子具有a位相似的离子半径可以防止钙钛矿发生晶格扭曲或畸变，以保持稳定的容忍因子，从而提高钙钛矿的稳定性。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿层，其特征在于，所述钙钛矿层包括如下结构式表示的钙钛矿材料：
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，0.01≤x≤0.05。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，0.01≤y≤0.05。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括导电玻璃，与依次设置于所述导电玻璃上的空穴阻挡层、具有介孔结构的电子传输层、具有介孔结构的间隔层及具有介孔结构的电极层，所述钙钛矿层设置于所述电子传输层、所述间隔层以及所述电极层的介孔结构中。
5.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述基板上形成所述钙钛矿层的步骤包括：
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属溴化物与所述钙钛矿前驱体材料BI2的摩尔比为(1～10):100。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述碱金属溴化物选自溴化钠、溴化钾、溴化铯、溴化铷中的至少一种。
9.根
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，提供一基板包括：
...【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿层，其特征在于，所述钙钛矿层包括如下结构式表示的钙钛矿材料：
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，0.01≤x≤0.05。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，0.01≤y≤0.05。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括导电玻璃，与依次设置于所述导电玻璃上的空穴阻挡层、具有介孔结构的电子传输层、具有介孔结构的间隔层及具有介孔结构的电极层，所述钙钛矿层设置于所述电子传输层、所述间隔层以及所述电极层的介孔结构中。
5.一种钙钛矿太阳能电池的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：佘斌，滕斌，盛余松，陈夏岩，
申请(专利权)人：武汉万度光能研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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