钙钛矿层、电子传输层、钙钛矿太阳能电池的制备方法及太阳能电池技术

本发明专利技术属于太阳能电池材料与技术领域，具体涉及一种钙钛矿层、电子传输层、钙钛矿太阳能电池的制备方法及太阳能电池。本发明专利技术既采用BMIMPF6作为界面层修饰电子传输层提升其电子迁移率，进而提升电子传输性能；又采用BMIMPF6作为添加剂改善钙钛矿薄膜形貌，增大钙钛矿晶粒尺寸，减少薄膜内部缺陷，达到提升器件性能的目的。的目的。的目的。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿层、电子传输层、钙钛矿太阳能电池的制备方法及太阳能电池


[0001]本专利技术属于太阳能电池材料与
，具体涉及一种钙钛矿层、电子传输层、钙钛矿太阳能电池的制备方法及太阳能电池。

技术介绍

[0002]在过去10多年时间里，钙钛矿太阳能电池激发了广大学者的研究兴趣。钙钛矿半导体材料具备许多优良特性，比如直接带隙半导体、高光吸收系数、优良的载流子传输速率等等。其单节电池的光电转化效率已从2009年第一次报道的3.8％提升至当下的25.5％，与晶硅太阳能电池结合的叠层电池光电转化效率已高达29.5％。如此迅速的发展使得钙钛矿太阳能电池成为新一代商业化薄膜电池的有力竞争者。
[0003]钙钛矿太阳能电池器件组成通常包含透明导电玻璃基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及对电极。具备本征半导体特性的钙钛矿材料吸收足够能量的光子时会被激发产生光生电子空穴对，经由电子和空穴传输层抽取与传导，当外电路联通时便会产生光生电流，由此完成太阳能向电能的转化。钙钛矿层作为器件中的光吸收层，对器件性能起着决定性作用。电子传输层在器件中主要起传输电子阻挡空穴的作用，作为器件中关键功能层，其电子迁移率、均匀性、致密性等性能影响着钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、电流
‑
电压(J
‑
V)曲线回滞以及稳定性。采用溶液旋涂、喷雾热解、化学浴、原子沉积等常用方法制备的初始电子传输层通常面临缺陷较多、电子迁移率较低等缺点，从而降低器件性能。因此，制备具备大晶粒、低缺陷密度的钙钛矿薄膜以及具备高电子迁移率、均匀致密的电子传输层，获得高效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池器件，对推动太阳能电池技术的发展具有重要意义。
[0004]离子液体具有熔点低、导电性好、稳定性好的性质。将离子液体作为界面修饰材料或者是钙钛矿层的添加剂，有望优化器件界面性能以及改善钙钛矿薄膜质量，提升器件光电性能以及稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种钙钛矿层的制备方法、一种电子传输层制备方法、一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及得到的太阳能电池。
[0006]本专利技术的专利技术人发现：离子液体既可以修饰电子传输层提升电子传输层电子迁移率，也可以作为添加剂添加到钙钛矿层中改善钙钛矿薄膜质量进而提升器件的性能。本专利技术所用的离子液体的名称为：1
‑
丁基
‑3‑
甲基咪唑六氟磷酸盐[BMIMPF6]，其化学式为C8H
15
F6N2P。
[0007]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0008]一种钙钛矿层的制备方法，包括以下步骤:
[0009]1)在PbI2(碘化铅)的溶液中添加BMIMPF6，并搅拌至澄清透明，得到第一溶液，其
中，BMIMPF6的质量分数为0.01％
‑
0.2％；
[0010]2)制备含有FAI(碘甲脒)、MABr(溴甲铵)和MACl(氯甲铵)的澄清透明溶液，并作为第二溶液；
[0011]3)将步骤1)得到的所述第一溶液旋涂到承载层上，然后65
‑
75℃退火0.2
‑
2min；
[0012]4)在将步骤2)得到的所述第二溶液旋涂到承载层上，然后140
‑
160℃退火10
‑
20min；
[0013]5)冷却至室温，得到所述的钙钛矿层。
[0014]PbI2的常用溶剂为DMF、DMSO等。FAI、MABr和MACl的常用溶剂为异丙醇等。
[0015]本专利技术的专利技术人发现，BMIMPF6作为添加剂可显著改善钙钛矿层薄膜的形貌，提升钙钛矿晶粒的大小，从而提升钙钛矿太阳能电池的性能。
[0016]具体的，按照反应得到FA
0.87
MA
0.13
PbBr
0.13
I
2.87
的量配置各成分，得到钙钛矿层。
[0017]本专利技术的专利技术人还提供了一种电子传输层的制备方法，包括以下步骤:在基底上制备电子传输基层，然后配置质量分数为0.01％
‑
1％的BMIMPF6的无水乙醇溶液，并将其旋涂在所述电子传输基层上，再在75
‑
85℃退火4
‑
6min，即得所述的电子传输层。
[0018]本专利技术的专利技术人发现，BMIMPF6可以作为界面层修饰电子传输层，提升电子传输能力。
[0019]本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0020]1)获取洁净的基底；
[0021]2)采用权利要求3所述的制备方法在步骤1)得到的所述基底上制备电子传输层；
[0022]3)采用权利要求2所述的制备方法在步骤2)得到的所述电子传输层上制备钙钛矿层，其中，所述的承载层为步骤2)得到的所述电子传输层；
[0023]4)在步骤3)得到的所述钙钛矿层上制备空穴传输层；
[0024]5)在所述的空穴传输层上制备电极，得到所述的钙钛矿太阳能电池。
[0025]基于上述技术方案，既可以提升电子传输层的电子传输能力，又可以减少钙钛矿层内部缺陷，提升光生电荷分离能力，从而提升钙钛矿太阳能电池的性能。
[0026]具体的：
[0027]步骤1)中，所述的基底为透明导电玻璃FTO；
[0028]步骤2)中，所述的电子传输层由SnO2层和位于其上的BMIMPF6层组成；
[0029]步骤3)中，所述的钙钛矿层为FA
0.87
MA
0.13
PbBr
0.13
I
2.87
层；
[0030]步骤4)中，所述的空穴传输层为充分氧化的spiro
‑
OMeTAD层；
[0031]步骤5)中，所述的电极为Au电极。
[0032]本专利技术还提供了上述制备方法制备得到的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：其结构为FTO/SnO2+BMIMPF6/FA
0.87
MA
0.13
PbBr
0.13
I
2.87
[0033]/spiro
‑
OMeTAD/Au。
[0034]具体的，SnO2+BMIMPF6层中，BMIMPF6厚度为5
‑
20nm。
[0035]具体的，FA
0.87
MA
0.13
PbBr
0.13
I
2.87
层中，钙钛矿晶粒的大小为0.5
‑
4μm。
[0036]本专利技术的一个具体的制备过程如下：
[0037]1)氟掺杂氧化锡FTO玻璃基底的清洗：使用玻璃清洗液、去离子水、异丙醇依次对FTO玻璃基底超声清洗30min。然后取出玻璃基底用异丙醇冲洗并用氮气枪吹干，最后放置
于等离子体清洗机中并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:1)在PbI2的溶液中添加BMIMPF6，并搅拌至澄清透明，得到第一溶液，其中，BMIMPF6的质量分数为0.01％
‑
0.2％；2)制备含有FAI、MABr和MACl的澄清透明溶液，并作为第二溶液；3)将步骤1)得到的所述第一溶液旋涂到承载层上，然后65
‑
75℃退火0.2
‑
2min；4)在将步骤2)得到的所述第二溶液旋涂到承载层上，然后140
‑
160℃退火10
‑
20min；5)冷却至室温，得到所述的钙钛矿层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿层的制备方法，其特征在于：按照反应得到FA
0.87
MA
0.13
PbBr
0.13
I
2.87
的量配置各成分，得到钙钛矿层。3.一种电子传输层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:在基底上制备电子传输基层，然后配置质量分数为0.01％
‑
1％的BMIMPF6的无水乙醇溶液，并将其旋涂在所述电子传输基层上，再在75
‑
85℃退火4
‑
6min，即得所述的电子传输层。4.一种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)获取洁净的基底；2)采用权利要求3所述的制备方法在步骤1)得到的所述基底上制备电子传输层；3)采用权利要求2所述的制备方法在步骤2)得到的所述电子传输层上制备钙钛矿层，其中，所述的承载层为...

【专利技术属性】
技术研发人员：王贤保，林俍佑，彭明，李金华，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：