一种钙钛矿材料、太阳能电池器件及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿材料、太阳能电池器件及制备方法，该钙钛矿材料由主体材料与疏水性小分子交联剂交联后制得；主体材料为有机

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿材料、太阳能电池器件及制备方法


[0001]本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种钙钛矿材料、太阳能电池器件及制备方法。

技术介绍

[0002]有机
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无机杂化钙钛矿材料及其器件在水汽、光照或高温环境下容易降解。现有的提高钙钛矿材料稳定性的方法主要有：(1)通过引入添加剂分子与钙钛矿材料的有机组分(甲胺、甲脒)形成氢键，通过氢键的弱相互作用，固化有机组分，抑制其在钙钛矿中的移动或者降解；(2)引入交联剂聚合物。交联剂聚合物能够存在于钙钛矿薄膜晶界处，阻挡了钙钛矿内部的离子沿着晶界的迁移/扩散通道，从而提高钙钛矿材料稳定性。
[0003]现有提高钙钛矿材料稳定性的方法，稳定性提高有限，使其难以适应恶劣环境。例如，与钙钛矿形成氢键的方法，由于氢键属于较弱的相互作用，在恶劣环境下容易断裂，稳定性提高有限；引入自交联型交联剂聚合物的方法，主要通过抑制晶界离子移动提高钙钛矿材料稳定性，但自交联型交联剂聚合物本质上与钙钛矿组分没有相互作用，只能起到阻挡离子在晶界中移动的作用，未能够有效固化可移动组分，因此自交联型交联聚合物难以抑制离子在其他缺陷，例如空位、Frenkel缺陷中移动，稳定性提高也因此受限。而且现有稳定性提高方法，大多是研究器件的储存稳定性，对于商业化太阳能电池，考察运行稳定性也是至关重要的。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术的第一目的是提供一种钙钛矿材料，本专利技术的第二目的是提供该钙钛矿材料的制备方法，本专利技术的第三目的是提供具有该钙钛矿材料的太阳能电池器件，本专利技术的第四目的是提供该太阳能电池器件的制备方法。本专利技术的钙钛矿材料成膜均匀致密，具有优异的水汽稳定性，本专利技术的太阳能电池器件运行稳定性高，本专利技术的钙钛矿材料和太阳能电池器件的制备方法简单可行。
[0005]为实现本专利技术的第一目的，本专利技术提供了一种钙钛矿材料，其由主体材料与疏水性小分子交联剂交联后制得；主体材料为有机
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无机钙钛矿；疏水性小分子交联剂为三氟丙基双吖丙啶类化合物，三氟丙基双吖丙啶类化合物的结构式为：
[0006][0007]式中R为有机基团，优选疏水性的有机基团。
[0008]优选地，三氟丙基双吖丙啶类化合物选自以下化合物中的至少一种：
[0009][0010]采用上述三氟丙基双吖丙啶类化合物具有原料相对易得，交联剂小分子疏水性好、化学稳定性高等优点。
[0011]优选地，疏水性小分子交联剂分散在主体材料的全部中；或者疏水性小分子分散在主体材料的第一部分中，并与剩余的主体材料的第二部分接触再交联。
[0012]优选地，疏水性小分子交联剂在钙钛矿材料中的摩尔百分比为0.2％～0.5％。
[0013]优选地,主体材料包括一价阳离子、二价阳离子和阴离子；所述一价阳离子选自甲胺离子、甲脒离子、铯离子中的至少一种；所述二价阳离子为铅离子、锡离子中的至少一种；所述阴离子为卤素阴离子。
[0014]为实现本专利技术的第二目的，本专利技术提供了一种制备上述任一方案所述的一种钙钛矿材料的方法，其将包括主体材料与疏水性小分子交联剂的钙钛矿材料制成薄膜通过紫外光照射和/或加热的方式进行交联。
[0015]优选地，在交联之前包括以下步骤：步骤A：制备钙钛矿前驱液，将疏水性小分子交联剂的溶液加入到钙钛矿前驱液中分散；步骤B：将步骤A处理后的钙钛矿前驱液经涂布和退火制成钙钛矿薄膜。
[0016]更优选地，在步骤A中，钙钛矿前驱液是通过往碘甲脒、溴甲胺、溴化铅和碘化铅在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜体积比4:1的溶剂中形成的混合溶液中加入CsI的DMSO溶液而制成；疏水性小分子交联剂的溶液为疏水性小分子交联剂的DMF溶液，疏水性小分子交联剂在DMF溶液中的浓度为100～200mg/mL；将疏水性小分子交联剂的溶液加入到钙钛矿前驱液中分散是在避光的条件下进行。
[0017]更优选地，在步骤B中，涂布的方法为旋涂；退火的温度为100℃，退火时间为60min。
[0018]更优选地，在步骤B之后，通过紫外光照射使疏水性小分子交联剂与主体材料交联，或者通过加热使疏水性小分子交联剂与主体材料交联，加热温度为140～150℃，加热时间为10～20min。
[0019]作为一个替代方案，在交联之前包括以下步骤：步骤a：分别制备碘化铅前驱体溶液和有机盐溶液，将疏水性小分子交联剂的溶液加入到碘化铅前驱体溶液中分散；步骤b：
将步骤a处理后的碘化铅前驱体溶液经涂布和退火制成碘化铅层；步骤c：将有机盐溶液经涂布在碘化铅层的基础上进一步制成钙钛矿薄膜。
[0020]更优选地，在步骤a中，碘化铅前驱体溶液为碘化铅在N,N
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二甲基甲酰胺和二甲基亚砜体积比为9:1的溶剂中形成的溶液；疏水性小分子交联剂的溶液为疏水性小分子交联剂的DMF溶液，疏水性小分子交联剂在DMF溶液中的浓度为100～200mg/mL；将疏水性小分子交联剂的溶液加入到碘化铅前驱体溶液中分散是在避光的条件下进行；有机盐溶液为碘甲脒、溴甲胺和氯甲胺的异丙醇溶液。
[0021]更优选地，涂布的方法为旋涂；退火的温度为70℃，退火时间为1min。
[0022]更优选地，涂布的方法为旋涂。
[0023]更优选地，通过加热进行退火并使疏水性小分子交联剂与主体材料交联，加热温度为140～150℃，加热时间为10～20min；或者加热进行退火后，通过紫外光照射使疏水性小分子交联剂与主体材料交联。
[0024]在各个步骤中采用上述条件能够很好地控制晶粒状况以及薄膜性能，使得材料交联充分。
[0025]为实现本专利技术的第三目的，本专利技术提供了一种太阳能电池器件，包括依次层叠的透明衬底、第一电极层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和第二电极层，其中钙钛矿光吸收层为上述任一方案所述的钙钛矿材料，或者上述任一方案的方法制得的钙钛矿材料。
[0026]为实现本专利技术的第四目的，本专利技术提供了一种太阳能电池器件的制备方法，其包括以下步骤：步骤1：清洗导电玻璃；导电玻璃包括透明衬底以及沉积在透明衬底上的第一导电层；步骤2：在第一导电层上旋涂制备电子传输层；步骤3：采用上述任一项所述的方法在电子传输层上形成薄膜状的交联后的钙钛矿材料，从而制备钙钛矿光吸收层；步骤4：在钙钛矿光吸收层上旋涂制备空穴传输层；步骤5：在空穴传输层上蒸镀第二电极。
[0027]与现有技术相比，本专利技术能够取得以下有益效果：
[0028]本专利技术提供了提高有机无机杂化钙钛矿材料与器件稳定性的新材料、新器件和新方法，基于本专利技术得到的钙钛矿太阳能电池可以在光照以及外加负载的工作状态下具有良好的稳定性，为可以稳定工作的钙钛矿太阳能电池提供了新方案。具体地，本专利技术引入三氟甲基双吖丙啶类化合物与钙钛矿材料在紫外光照射或高温下相交联形成共价键，有效地防止钙钛矿材料降解。由于三氟甲基双吖丙啶类化合物与钙钛矿在晶界处相交联，促进了钙钛矿结晶，因此钙钛矿薄膜均匀致密，没有明显孔洞。同时，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿材料，其特征在于由主体材料与疏水性小分子交联剂交联后制得；所述主体材料为有机
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无机杂化钙钛矿；所述疏水性小分子交联剂为三氟丙基双吖丙啶类化合物，所述三氟丙基双吖丙啶类化合物的结构式为：式中R为有机基团。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿材料，其特征在于所述三氟丙基双吖丙啶类化合物选自以下化合物中的至少一种：3.根据权利要求1或2所述的一种钙钛矿材料，其特征在于所述疏水性小分子交联剂分散在所述主体材料的全部中；或者所述疏水性小分子分散在所述主体材料的第一部分中，并与剩余的所述主体材料的第二部分接触再交联。4.根据权利要求1或2所述的一种钙钛矿材料，其特征在于所述疏水性小分子交联剂在所述钙钛矿材料中的摩尔百分比为0.2％～0.5％。5.根据权利要求1或2所述的一种钙钛矿材料，其特征在于所述主体材料包括一价阳离子、二价阳离子和阴离子；所述一价阳离子选自甲胺离子、甲脒离子、铯离子中的至少一种；所述二价阳离子为铅离子、锡离子中的至少一种；所述阴离子为卤素阴离子。6.一种制备权利要求1至5任一项所述的一种钙钛矿材料的方法，其特征在于将包括所述主体材料与所述疏水性小分子交联剂的钙钛矿材料制成薄膜通过紫外光照射和/或加热的方式进行交联。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于在交联之前包括以下步骤：步骤A：制备钙钛矿前驱液，将所述疏水性小分子交联剂的溶液加入到所述钙钛矿前驱液中分散；步骤B：将步骤A处理后的钙钛矿前驱液经涂布和退火制成钙钛矿薄膜；或者在交联之前包括以下步骤：步骤a：分别制备碘化铅前驱体溶液和有机盐溶液，将所述疏水性小分子交联剂的溶液加入到所述碘化铅前驱体溶液中分散；步骤b：将步骤a处
理后的碘化铅前驱体溶液经涂布和退火制成碘化铅层；步骤c：将有机盐溶液经涂布在碘化铅层的基础上进一步制成钙钛矿薄膜。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：在步骤A中，所述钙钛矿前驱液是通过往碘甲脒、溴甲胺、溴化铅和碘化铅在N,N
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二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)体积比4:1的溶剂中形成的混合溶液中加入CsI的DMSO溶液而制成；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹义强，刘凯，李崇源，
申请(专利权)人：中山复旦联合创新中心，
类型：发明
国别省市：