太阳能电池的吸光层材料、三元阳离子钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了太阳能电池的吸光层材料、三元阳离子钙钛矿太阳能电池及其制备方法；所述吸光层材料为0％

【技术实现步骤摘要】
太阳能电池的吸光层材料、三元阳离子钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及太阳能电池的吸光层材料、三元阳离子钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]正如我们所知道的一样，能源一直都是人类文明和文化发展的重要推动力之一，随着社会的发展，新形式的能源被不断发现和利用，低利用率低效率的旧能源逐渐的被取代。我们当前依靠着煤炭，石油，天然气这些化石能源而向前发展，然而这些都是不可再生能源，随着我们对能源需求的进一步加大，现在库存的不可再生能源终将耗尽，届时会面临巨大的能源压力问题。而以晶硅太阳能电池为核心的第一代太阳能电池，这类电池环境稳定性较好，光电转换性能比较高，但是制造成本相对较高，对材料要求的纯度比较高，产生的废弃污染也是比较多。所以低开发成本，高效率的钙钛矿太阳能电池成为了近年来的研究热点。而钙钛矿光电功能材料具有载流子寿命长，吸收系数高，光电转换效率相对较高，溶液加工工艺成本低等一系列优点，在近几年来，钙钛矿太阳电池更是发展迅速。实验室小面积光电器件的光电转换效率已经由开始的3.81％发展到现在的突破25％，成为不可忽略的重要天阳能电池技术。
[0003]当前实验室中硅电池器件的最高转换效率达到了26％，接近它的理论极限30％，就提升器件的光电转换效率而言，想再进一步提升会非常困难，然而钙钛矿太阳能电池的出现给提升光伏器件光电转换效率提供了一种另外的可能性。典型的钙钛矿具有ABX3的化学组成，其中A一般为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，通过在传统的甲胺盐中引入其他阳离子类形成三元阳离子钙钛矿，能有效改善器件开路电压、短路电流和填充因子而进一步提升器件光电转换效率。目前国际上制备的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(Zhang K,Duan J,Liu F,et al.Low
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temperature
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deposited SnO2 films for efficient planar CH3NH3PbI3 photovoltaics[J].Journal of Materials Science,2021,56(1):1
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14.)一般采用n
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i
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p结构，光电转换效率一般在18％左右，且在不同地方难以实现实验的重复性，其钙钛矿电池开路电压、填充因子和能量转换效率等光伏参数较低，大大制约了钙钛矿太阳能电池的产业化发展道路。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种太能电池的吸光层材料，能抑制钙钛矿薄膜内的碘化铅成分析出，减少钙钛矿薄膜针孔缺陷，增加钙钛矿晶体的结晶性，进而显著提高器件的光电转换效率。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供一种三元阳离子钙钛矿太阳能电池，采用上述太阳能电池的吸光层材料，提高器件的开路电压和填充因子，能抑制薄膜发生相分离，减少电荷复合，从而得到更高光电转换效率的三元阳离子钙钛矿太阳能电池。
[0006]本专利技术的目的在于提供一种制备工艺简单，较低温度，成本低廉，高效稳定的的三元阳离子钙钛矿太阳电池的制备方法。
[0007]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0008]太阳能电池的吸光层材料，所述吸光层材料为0％
‑
12％摩尔百分比二氯溴甲胺化铅(MAPbBrCl2)富余的钙钛矿材料，原钙钛矿材料的分子式为FA
0.81
MA
0.14
Cs
0.05
PbI3。
[0009]三元阳离子钙钛矿太阳能电池，包括从下至上依次设置的透明导电基底、电子传输层、三元阳离子钙钛矿吸光层，双空穴传输层和金属电极层，所述三元阳离子钙钛矿吸光层的材料为上述的太阳能电池的吸光层材料。
[0010]优选的，所述透明导电基底为氧化铟锡衬底。
[0011]优选的，所述电子传输层为二氧化锡纳米粒子层，厚度为20
‑
40nm。
[0012]优选的，所述三元阳离子钙钛矿吸光层的厚度为600
‑
800nm。
[0013]优选的，所述双空穴传输层包括锂盐LiTFSi和磷酸三丁酯TBP掺杂的Spiro
‑
OMeTAD层和MoO3空穴传输层，所述Spiro
‑
OMeTAD层的厚度为100
‑
200nm，所述MoO3空穴传输层的厚度为8
‑
10nm；其中Spiro
‑
OMeTAD具有以下结构式：
[0014][0015]优选的，所述金属电极层为银电极,厚度为80
‑
120nm。
[0016]上述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)清洗透明导电基底并且干燥；
[0018](2)将电子传输材料的水溶液旋涂于透明导电基底上作为电子传输层；
[0019](3)将溶剂二甲基亚砜与N,N
‑
二甲基甲酰胺按照1：3
‑
5的体积比混合得到混合溶剂，按照分子式FA
0.81
MA
0.14
Cs
0.05
PbI3称量FAI固体、CsI固体、PbI2固体、MAI固体混合，然后加入MABr和PbCl2的固体，溶于混合溶剂中，制得含铅的摩尔浓度为1.3
‑
1.5mol/L的钙钛矿前驱体溶液；
[0020](4)将步骤(3)所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于电子传输层上，再用氯苯作为反溶剂滴加在旋涂的前驱体溶液上，滴加反溶剂得到的薄膜于80
‑
120℃退火20
‑
50分钟使钙钛矿结晶，形成吸光层；
[0021](5)将步骤(4)所得的吸光层冷却至室温，取Spiro
‑
OMeTAD固体、锂盐LiTFSi的乙
腈溶液和磷酸三丁酯溶于氯苯溶剂中，惰性气体气氛中旋涂于钙钛矿吸光层上，旋涂完后取出室外氧化8
‑
16小时，作为第一层空穴传输层；
[0022](6)在Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层上真空蒸镀一层MoO3作为第二层空穴传输层，取MoO3粉末置于蒸镀仪内进行真空蒸镀；
[0023](7)在MoO3空穴传输层上真空蒸镀一层金属Ag电极。
[0024]优选的，步骤(3)所述溶剂中二甲基亚砜与N,N
‑
二甲基甲酰胺的体积比为1：4。
[0025]优选的，步骤(4)所述退火的温度为100℃，退火的时间为30分钟。
[0026]优选的，步骤(5)所述氧化12小时。
[0027]优选的，步骤(4)将钙钛矿前驱体溶液旋涂于电子传输层上，再用氯苯作为反溶剂滴加在旋涂的前驱体溶液上，具体为：以3000
‑
4000转每秒转速旋涂30
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.太阳能电池的吸光层材料，其特征在于，所述吸光层材料为0％
‑
12％摩尔百分比二氯溴甲胺化铅富余的钙钛矿材料，原钙钛矿材料的分子式为FA
0.81
MA
0.14
Cs
0.05
PbI3。2.三元阳离子钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下至上依次设置的透明导电基底、电子传输层、三元阳离子钙钛矿吸光层，双空穴传输层和金属电极层，所述三元阳离子钙钛矿吸光层的材料为权利要求1所述的太阳能电池的吸光层材料。3.根据权利要求2所述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电基底为氧化铟锡衬底。4.根据权利要求2所述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为二氧化锡纳米粒子层，厚度为20
‑
40nm。5.根据权利要求2所述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述三元阳离子钙钛矿吸光层的厚度为600
‑
800nm。6.根据权利要求2所述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双空穴传输层包括锂盐LiTFSi和磷酸三丁酯TBP掺杂的Spiro
‑
OMeTAD层和MoO3空穴传输层，所述Spiro
‑
OMeTAD层的厚度为100
‑
200nm，所述MoO3空穴传输层的厚度为8
‑
10nm；其中Spiro
‑
OMeTAD具有以下结构式：7.根据权利要求2所述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属电极层为银电极,厚度为80
‑
120nm。8.权利要求2
‑
7任一项所述的三元阳离子钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)清洗透明导电基底并且干燥；(2)将电子传输材料的水溶液旋涂于透明导电基底上作为电子传输层；(3)将溶剂二甲基亚砜与N,N...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，王富增，叶轩立，薛启帆，谢燊坤，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：