【技术实现步骤摘要】
本申请涉及太阳能电池，更具体地说，它涉及一种胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、随着全球能源危机与环境污染问题日益严重，寻找一种可持续、无污染的清洁能源至关重要。合理利用太阳能是解决当前能源危机和环境污染的有效途径。在最新的技术中，光伏发电无疑是最有前景的方向之一，其中钙钛矿太阳能电池(pscs)作为新一代的太阳能电池，具有高容忍因子、高吸光系数、长载流子寿命和高光生载流子迁移率等优异的光电性质，受到了广泛关注。金属卤化钙钛矿材料的化学结构式为abx3，其中a为甲胺(ma)、甲脒(fa)或铯(cs)等有机或无机阳离子，b为铅(pb)或锡(sn)等金属阳离子，x为碘(i)、溴(br)或硫氰根(scn)等卤素离子。
2、经过十余年的发展，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已经达到26.1％，已经可以与现在已经商业化的硅电池媲美。除了高性能之外，使用简单的溶液加工方法便可制得钙钛矿太阳能电池，制备过程能耗较低、成本低廉，成为最具前途的新兴光伏技术之一。然而，有机-无机杂化体系的钙钛矿结晶调控和缺陷管理仍缺乏系统性优化。一般溶液法制备的钙钛矿薄膜存在着大量的晶界，晶界处容易形成缺陷，钙钛矿薄膜不可控的结晶过程以及各种缺陷不仅影响最终器件的光电转换效率，而且成为薄膜退化分解的活性位点，限制了器件效率和稳定性的进一步提升。因此，对钙钛矿进行结晶调控和钝化晶界缺陷是提高钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的有效策略。
3、具有p-i-n反式结构的金属卤化钙钛矿太阳能电池因其光伏性能优异、材料成本低廉
4、现有技术的缺点主要包括：
5、1)目前许多研究都集中在使用挥发性的添加剂来改善钙钛矿薄膜的形态和质量，但有研究发现，这些添加剂在退火处理后往往会从薄膜逸出及消失，令钙钛矿薄膜与基底的界面产生空隙，影响了载流子的提取和输运从而影响电池器件的光电转换效率；
6、2)要想获得稳定高性能的钙钛矿薄膜，就要求趋于获得致密平整且大晶粒的钙钛矿薄膜，现有技术很难精确控制薄膜结晶生长过程，达到快速成核、缓慢结晶的目的。
技术实现思路
1、本公开提供了一种胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，提升钙钛矿太阳能电池的光电转化效率以及稳定性。
2、第一方面，本公开提供一种胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的基底电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极；所述钙钛矿吸光层中含有胍基氨基酸添加剂，所述胍基氨基酸添加剂浓度为50mg/ml，所述胍基氨基酸添加剂溶解于dmf和dmso的混合溶剂，所述混合溶剂的比例为dmf：dmso＝3：1(vt％)，所述混合液与钙钛矿前驱体溶液混合，混合摩尔比为(0.1％～10％)：1，制得钙钛矿吸光层。
3、优选的，所述的钙钛矿光吸光层为[csxfa1-xpb(iybr1-y)3]z(mapbcl)1-z，其中，x＝0-0.2，y＝0.8-0.95，z＝0.95-0.98；所述的钙钛矿光吸光层的厚度为300-2000nm。
4、优选的，所述胍基氨基酸添加剂为4-胍基苯甲酸盐酸盐(gbac)，所述钙钛矿太阳能电池的基底电极为ito导电玻璃或fto导电玻璃中的一种。
5、优选的，所述空穴传输层为2-pacz、ptaa、cu2o、pedot：pss或niox中的一种；所述电子传输层为c60或pcbm中的一种；所述空穴阻挡层为bcp；所述金属电极为au、ag或cu中的一种。
6、优选的，所述空穴传输层的厚度为1-100nm，所述电子传输层的厚度为1-100nm，所述空穴阻挡层的厚度为1-30nm，所述金属电极的厚度为30-300nm。
7、第二方面，本公开提供一种胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
8、1)选取相应的含有透明导电玻璃衬底，分别用透明玻璃清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇依次对透明导电玻璃超声清洗30分钟，然后置于烘箱80℃烘干后，冷却到室温，再利用紫外臭氧清洗机或等离子清洗仪处理15分钟待用；
9、2)准备好的透明导电玻璃置于旋涂仪上，旋涂空穴传输层的前驱体溶液，然后于90℃～130℃退火10min～15min，从而在导电基底上制备得到空穴传输层；
10、3)在所述空穴传输层上旋涂所述钙钛矿混合溶液，然后在100℃温度下退火30min，在热台的高温下，溶剂迅速蒸发，溶质形核结晶从而得到改性钙钛矿吸光层；
11、4)在所述钙钛矿吸光层上采用真空蒸镀的方法依次沉积30nm的c60和8nm的bcp，制备得到电子传输层和空穴阻挡层；
12、5)最后真空蒸镀银电极得到完整的p-i-n反式结构的钙钛矿太阳能电池。
13、该制备方法在钙钛矿前驱体溶液中引入一种胍基氨基酸多功能分子，分子中的—nh2/—nh3+通过形成氢键来锚定碘化铅中的i/i-缺陷，形成中间相并调节结晶过程使钙钛矿晶体均匀生长，从而形成高质量的钙钛矿薄膜，使之不单具有钙钛矿大晶粒，且从薄膜底部到表面都能呈现连贯的晶粒生长。同时，通过在钙钛矿前驱液中引入胍基，提供了碱性环境，促使单质碘杂质在碱性环境下发生歧化反应，有效地抑制和消除了前驱液中的单质碘杂质；碱性环境的引入进一步地影响了钙钛矿薄膜的结晶动力学和缺陷性质，实现了更好的能量排列、均匀的钙钛矿晶体并且钝化了晶界缺陷。此外，由于添加的胍基氨基酸多功能分子具有不易挥发的优点，故此在钙钛矿薄膜退火处理之后，它还可以作为有效的缺陷钝化连接剂，从而大幅减少非辐射复合损失，提高薄膜质量。
14、优选的，所述步骤(1)中，包括基底电极的处理，所述基底电极的处理包括：用透明玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇依次对所述基底电极超声清洗30-40分钟，然后置于烘箱80-100℃烘干后，冷却，再用紫外臭氧清洗机或等离子清洗仪处理15-20分钟待用。
15、优选的，所述步骤(2)中，所述空穴传输层的制备包括以下步骤：所述空穴传输层材料为[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2-pacz)，在基底电极上旋涂空穴传输层材料的前驱体溶液，制备得到空穴传输层；所述旋涂的转速为2000-5000rpm，时间为30-60s，而后放置加热台90-130℃处理10-15分钟，得到1-100nm厚的空穴传输层。
16、优选的，所述步骤(3)中，所述钙钛矿吸光层的制备包括以下步骤：所述钙钛矿吸光层的前驱体选自碘化铅(pbi2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的基底电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极；所述钙钛矿吸光层中含有胍基氨基酸添加剂，所述胍基氨基酸添加剂浓度为50mg/mL，所述胍基氨基酸添加剂溶解于DMF和DMSO的混合溶剂，所述混合溶剂的比例为DMF：DMSO＝3：1(vt％)，所述混合液与钙钛矿前驱体溶液混合，混合摩尔比为(0.1％～10％)：1，制得钙钛矿吸光层。
2.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的钙钛矿光吸光层为[CsXFA1-XPb(IYBr1-Y)3]Z(MAPbCl)1-Z，其中，X＝0-0.2，Y＝0.8-0.95，Z＝0.95-0.98；所述的钙钛矿光吸光层的厚度为300-2000nm。
3.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述胍基氨基酸添加剂为4-胍基苯甲酸盐酸盐(GBAC)，所述钙钛矿太阳能电池的基底电极为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃中的一种。
4.根据权利要求
5.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为1-100nm，所述电子传输层的厚度为1-100nm，所述空穴阻挡层的厚度为1-30nm，所述金属电极的厚度为30-300nm。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种胍基氨基酸添加剂调控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：
7.根据权利要求6所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，包括基底电极的处理，所述基底电极的处理包括：用透明玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇依次对所述基底电极超声清洗30-40分钟，然后置于烘箱80-100℃烘干后，冷却，再用紫外臭氧清洗机或等离子清洗仪处理15-20分钟待用。
8.根据权利要求6所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述空穴传输层的制备包括以下步骤：所述空穴传输层材料为[2-(9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2-PACz)，在基底电极上旋涂空穴传输层材料的前驱体溶液，制备得到空穴传输层；所述旋涂的转速为2000-5000rpm，时间为30-60s，而后放置加热台90-130℃处理10-15分钟，得到1-100nm厚的空穴传输层。
9.根据权利要求6所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述钙钛矿吸光层的制备包括以下步骤：所述钙钛矿吸光层的前驱体选自碘化铅(PbI2)及溴化铅(PbBr2)与甲基碘化胺(MAI)、甲基溴化胺(MABr)、碘化铯(CsI)、甲脒氢碘酸盐(FAI)中的任意一种或几种混合使用，溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、乙腈(ACN)、二甲基亚砜(DMSO)中的任意一种或混合溶剂；所述前驱体溶液的浓度优选为1-2mmol/ml；将浓度为50mg/mL溶解于DMF：DMSO＝3：1(vt％)的混合溶剂中的GBAC溶液，与钙钛矿前驱体溶液以摩尔比为(0.1％～10％)：1混合用于制备钙钛矿吸光层；将其旋涂在空穴传输层上，以4000-6000rpm的转速旋转40-70s，而后放置加热台90-130℃处理30-40分钟，得到300-2000nm厚的钙钛矿吸光层。
10.根据权利要求6所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述电子传输层的制备包括以下步骤：已旋涂所述钙钛矿吸光层的基片放到真空蒸镀仓的掩膜版内，真空度在8.0*10-4Pa以下时，控制蒸发坩埚中的电子传输层材料的蒸镀速率在0.02-0.1nm/s，而后可得到1-100nm厚的电子传输层；
...【技术特征摘要】
1.一种胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的基底电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极；所述钙钛矿吸光层中含有胍基氨基酸添加剂，所述胍基氨基酸添加剂浓度为50mg/ml，所述胍基氨基酸添加剂溶解于dmf和dmso的混合溶剂，所述混合溶剂的比例为dmf：dmso＝3：1(vt％)，所述混合液与钙钛矿前驱体溶液混合，混合摩尔比为(0.1％～10％)：1，制得钙钛矿吸光层。
2.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的钙钛矿光吸光层为[csxfa1-xpb(iybr1-y)3]z(mapbcl)1-z，其中，x＝0-0.2，y＝0.8-0.95，z＝0.95-0.98；所述的钙钛矿光吸光层的厚度为300-2000nm。
3.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述胍基氨基酸添加剂为4-胍基苯甲酸盐酸盐(gbac)，所述钙钛矿太阳能电池的基底电极为ito导电玻璃或fto导电玻璃中的一种。
4.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为2-pacz、ptaa、cu2o、pedot：pss或niox中的一种；所述电子传输层为c60或pcbm中的一种；所述空穴阻挡层为bcp；所述金属电极为au、ag或cu中的一种。
5.根据权利要求1所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为1-100nm，所述电子传输层的厚度为1-100nm，所述空穴阻挡层的厚度为1-30nm，所述金属电极的厚度为30-300nm。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种胍基氨基酸添加剂调控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：
7.根据权利要求6所述的胍基氨基酸添加剂调控的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，包括基底电极的处理，所述基底电极的处理包括：...
【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，王紫瑶，杨春雷，陈霞，冯叶，李伟民，胡金京，李乐群，李文豪，杨清岚，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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