【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于新材料技术以及新能源，具体涉及一种基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
技术介绍
1、近年来，有机-无机杂化的钙钛矿光伏材料因其独特的物理特性，如较大的消光系数、较长的载流子扩散长度以及较高的载流子迁移率，受到了科研人员的广泛关注。自2009年以来，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已从初始的3.8%提升至26%以上，展现出巨大的发展潜力。
2、钙钛矿吸光薄膜作为钙钛矿太阳能电池的核心组件，其形貌、结构、尺寸以及结晶度等关键参数对器件的光电性能具有决定性影响。因此，制备高质量的钙钛矿吸光薄膜，以及精确调控钙钛矿晶体的成核速率和生长过程，对于优化钙钛矿太阳能电池的性能至关重要。体相掺杂是一种常见的调控方法。通过在钙钛矿前驱体溶液中引入特定元素或化合物，体相掺杂可以有效地改变钙钛矿晶体的成核和生长过程。这种掺杂方法可以影响晶体的形貌、结构、尺寸以及结晶度等关键参数，进而优化钙钛矿太阳能电池的光电性能。
3、界面修饰常采用碳材料石墨烯、有机小分子甲基咪唑以及贵金属量子点等进行界面修饰。然而，这些材料作用目标单一，制备繁复，成本昂贵，不利于钙钛矿型太阳能电池的工业化生产。因此，筛选合适的掺杂材料改善钙钛矿吸光薄膜质量是十分必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供了一种基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本专利技术可以从根本上提升有机-无机杂化钙钛矿薄膜的光谱吸收
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、本专利技术提供了基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过金属离子cr3+-er3+协同掺杂有机-无机杂化钙钛矿薄膜制备太阳能电池，先旋涂加入cr3+和er3+离子的含铯的碘化铅溶液，接着旋涂甲脒氢碘酸盐和甲胺盐酸盐混合的异丙醇溶液，然后依次旋涂[6,6]-苯基 c71 丁酸甲酯溶液和2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲溶液，再蒸镀铜电极，组装成基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。
4、进一步的，所述制备方法具体包括以下步骤：
5、(1) 配制浓度为0.2~5mg/ml [2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸的乙醇溶液，将所述[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸的乙醇溶液旋涂在清洗干净的ito导电玻璃基底上，经过退火，获得空穴传输层；
6、(2) 称取pbi2和csi溶解在n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中得到含铯的碘化铅溶液，其中溶质pbi2的摩尔浓度为1~5 mol/l，溶质csi的摩尔浓度为0.015~0.15mol/l；再将六水合硝酸铬和六水合硝酸铒溶解在含铯的碘化铅溶液中，加热溶解获得cr3+-er3+掺杂的含铯的碘化铅溶液；
7、(3) 将cr3+-er3+掺杂的含铯碘化铅溶液旋涂在步骤(1)制备的空穴传输层表面，退火，获得cr3+-er3+掺杂的含铯碘化铅薄膜；
8、(4) 将甲脒氢碘酸盐和甲胺盐酸盐混合的异丙醇溶液旋涂在步骤(3)制备的所述含铯碘化铅薄膜表面，然后在空气中高温下退火，获得有机-无机杂化钙钛矿薄膜；
9、(5) 在步骤(4)制备的有机-无机杂化钙钛矿薄膜依次旋涂[6,6]-苯基 c71 丁酸甲酯溶液和2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲溶液，退火，获得电子传输层；
10、(6) 在步骤(5)电子传输层表面蒸镀铜电极，组装成基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。
11、进一步的：所述步骤(2)中含铯的碘化铅溶液中六水合硝酸铬的浓度为1.0~10.0mmol/l，六水合硝酸铒的浓度范围为0.1~1.0 mmol/l。
12、进一步的：所述步骤(2)中，含铯碘化铅溶液的加热溶解温度为60~80℃，加热溶解时间为24～48 h。
13、进一步的：所述步骤(2)中混合溶液中n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液的体积比为9:1。
14、进一步的：：所述步骤(3)中，含铯的碘化铅薄膜的旋涂速度为2100～2500转/分钟，加热退火温度为60~80℃，时间为60～90秒。
15、进一步的：：所述步骤(4) 中混合的异丙醇溶液中甲脒氢碘酸盐的浓度为80 ~100mg/ml，甲胺盐酸盐的浓度为8 ~10 mg/ml。
16、进一步的：：所述步骤(4)中，甲脒氢碘酸盐和甲胺盐酸盐混合的异丙醇溶液旋涂速度为2700～3100转/分钟，加热退火温度为150~170℃，时间为10～15分钟。
17、进一步的：：所述步骤(5) 中[6,6]-苯基 c71 丁酸甲酯溶液的浓度为10 ~50 mg/ml，2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲溶液的浓度为0.1~5 mg/ml。
18、本专利技术还提供了利用所述的制备方法制得的基于金属离子cr3+-er3+协同掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。
19、进一步的：所述有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的开路电压为0.95~1.05 v、短路电流为21~24 ma·cm-2、填充因子为0.75~0.85、光电转换效率为15~19%。
20、本专利技术还提供了所述的基于金属离子cr3+-er3+协同掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在作为太阳能光伏电池组件中的应用。
21、与现有技术相比，本专利技术的优点和技术效果是：
22、1、本专利技术充分利用金属离子cr3+-er3+的荧光特性，可拓宽光谱吸收范围，增加可见光利用率以获得更高的电流密度。通过本专利技术的技术方案，已将有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升至19%以上。
23、2、本专利技术中充分利用金属离子cr3+-er3+能够掺杂进入钙钛矿薄膜的晶格，能够优化能带结构，提高电荷提取效率，改善载流子运输，已将有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升至19%以上。
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1.基于Cr3+-Er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于通过金属离子Cr3+-Er3+协同掺杂有机-无机杂化钙钛矿薄膜制备太阳能电池，先旋涂加入Cr3+和Er3+离子的含铯的碘化铅溶液，接着旋涂甲脒氢碘酸盐和甲胺盐酸盐混合的异丙醇溶液，然后依次旋涂[6,6]-苯基 C71 丁酸甲酯溶液和2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲溶液，再蒸镀铜电极，组装成基于Cr3+-Er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于Cr3+-Er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中含铯的碘化铅溶液中六水合硝酸铬的浓度为1.0~10.0 mmol/L，六水合硝酸铒的浓度范围为0.1~1.0 mmol/L。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，含铯的碘化铅薄膜的旋涂速度为2100～2500转/分钟，退火温度为60~80℃，时间为60～90秒。
5.根据权利要
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中，甲脒氢碘酸盐和甲胺盐酸盐混合的异丙醇溶液旋涂速度为2700～3100转/分钟，退火温度为150~170℃，时间为10～15分钟。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(5) 中[6,6]-苯基 C71 丁酸甲酯溶液的浓度为10 ~50 mg/mL，2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲溶液的浓度为0.1~5 mg/mL。
8.利用权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的基于金属离子Cr3+-Er3+协同掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。
9.根据权利要求8所述的基于金属离子Cr3+-Er3+协同掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的开路电压为0.95~1.05 V、短路电流为21~24 mA·cm-2、填充因子为0.75~0.85、光电转换效率为15~19%。
10.权利要求8所述的基于金属离子Cr3+-Er3+协同掺杂的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池在作为太阳能光伏电池组件中的应用。
...【技术特征摘要】
1.基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于通过金属离子cr3+-er3+协同掺杂有机-无机杂化钙钛矿薄膜制备太阳能电池，先旋涂加入cr3+和er3+离子的含铯的碘化铅溶液，接着旋涂甲脒氢碘酸盐和甲胺盐酸盐混合的异丙醇溶液，然后依次旋涂[6,6]-苯基 c71 丁酸甲酯溶液和2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲溶液，再蒸镀铜电极，组装成基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于cr3+-er3+协同的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中含铯的碘化铅溶液中六水合硝酸铬的浓度为1.0~10.0 mmol/l，六水合硝酸铒的浓度范围为0.1~1.0 mmol/l。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，含铯的碘化铅薄膜的旋涂速度为2100～2500转/分钟，退火温度为60~80℃，时间为60～90秒。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(4) 中混合的异丙醇溶液中甲脒氢碘酸盐的浓...
【专利技术属性】
技术研发人员：豆洁，唐群委，郭琪瑶，段加龙，赵媛媛，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：
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