基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法技术

本发明专利技术涉及一种基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，结构从下到上依次为ITO层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、离子液体层、电子传输层、缓冲层和金属电极；所述钙钛矿前驱体溶液中添加有咪唑类离子液体；制备全过程在空气中进行，实验湿度条件为30％～55％。优化后的钙钛矿薄膜在空气中稳定性得到改善，同时反式钙钛矿太阳能电池性能得到提升：开路电压为0.94V，短路电流为15.57mA cm

【技术实现步骤摘要】
基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法


[0001]本专利技术属于光电子材料与
，涉及一种基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法。

技术介绍

[0002]金属卤化物钙钛矿太阳能电池自2009年被提出以来，取得了重大进展，被认为是最有潜力的新一代光伏电池。相比于手套箱中制备钙钛矿太阳能电池，空气中制备可有效降低制造成本，因此得到了越来越多的关注。目前，在空气中制备的有机
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无机杂化钙钛矿太阳能电池，其效率几乎可以与手套箱氮气环境中制备的钙钛矿太阳能电池相媲美。然而有机阳离子具有挥发性导致其热稳定性较差。相比之下，全无机钙钛矿CsPbI3具有优异的热稳定性和光电稳定性，成为钙钛矿太阳能电池的研究热点。然而,全无机钙钛矿容易发生相变，尤其在空气环境中，水分会诱导并加速其相变过程，这严重限制了全无机钙钛矿CsPbI3太阳能电池的商业化进程。
[0003]为了抑制CsPbI3的相变并提高空气环境中制备全无机钙钛矿太阳能电池的性能，科研人员做了大量的工作，包括采用添加剂工程、前驱体工程、表面处理、离子取代等方法。通过一系列调控技术可实现其空气中的制备，然而全无机钙钛矿空气稳定性仍然较差，且主要依赖于常规正式结构。而反式结构目前报道的高湿度下(45～55％)光电转换效率仅为7.3％，仍然需要更有效的技术方法以提升空气中尤其是高湿度下制备反式全无机钙钛矿太阳能电池的性能。
[0004]目前报道的空气中制备的全无机CsPbI3钙钛矿太阳能电池大多采用常规正式(n
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p)结构。Seok等人通过利用表面工程处理钙钛矿表面，在空气中制备的正式结构光伏器件获得20.37％的光电转换效率，是目前报道的空气中制备全无机钙钛矿的最高效率[S.M.Yoon,H.Min,J.B.Kim,G.Kim,K.S.Lee,and S.II Seok,Surface Engineering of Ambient
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Air
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Processed Cesium Lead Triiodide Layers for Efficient Solar Cells,Joule 2021,5,183]。此外，目前报道的光电转换效率较高的全无机太阳能电池普遍基于正式结构[X.Chang,J.Fang,Y.Fan,T.Luo,H.Su,Y.Zhang,J.Lu,L.Tsetseris,T.D.Anthopoulos,S.(F.)Liu,and K.Zhao,Printable CsPbI
3 Perovskite Solar Cells with PCE of 19％via an Additive Strategy,Adv.Mater.2020,32,2001243；K.Wang,C.Gao,Z.Xu,Q.Tian,X.Gu,L.Zhang,S.Zhang,K.Zhao,and S.(F.)Liu,In
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Situ Hot Oxygen Cleansing and Passivation for All
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Inorganic Perovskite Solar Cells Deposited in Ambient to Breakthrough 19％Efficiency,Adv.Funct.Mater.2021,31,210156]，然而其通常需要锂盐等对空穴传输材料spiro
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OMeTAD进行掺杂以提高其空穴迁移率，然而这些掺杂剂被报道会降低器件稳定性。与正式结构相比，反式p
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n结构传输层无需掺杂剂，稳定性较高，且制备过程简单，然而目前其研究仍落后于正式CsPbI3钙钛矿电池结构，尤其在空气中制备方面。因此，寻求空气中制备稳定的反式CsPbI3钙钛矿太阳能电
池的方法是目前本领域亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]要解决的技术问题
[0006]为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，在于提供一种基于离子液体修饰钙钛矿体相和界面以提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，从制备和储存两个方面提高其稳定性，降低制造成本的同时提高光伏器件性能，以推进钙钛矿太阳能电池的产业化。
[0007]技术方案
[0008]一种基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，其特征在于：结构从下到上依次为ITO层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、离子液体层、电子传输层、缓冲层和金属电极；所述钙钛矿前驱体溶液中添加有咪唑类离子液体；制备全过程在空气中进行，实验湿度条件为30％～55％，步骤如下：
[0009]步骤1、配制离子液体修饰的钙钛矿前驱体溶液：
[0010]离子液体修饰的钙钛矿前驱体溶液：0.6～0.8mol/L CsPbI3的DMF溶液，然后添加摩尔比为0.05～0.7％的咪唑类离子液体，混合均匀得到；
[0011]步骤2：清洗ITO导电玻璃，用作透明电极；
[0012]步骤3：在ITO导电玻璃上旋涂PEDOT:PSS，然后退火，制备成空穴传输层；
[0013]步骤4：对步骤3制得的基底在60～100℃下预热3～5min，然后以两步旋涂法在空穴传输层表面旋涂步骤1的离子液体修饰的钙钛矿前驱体溶液，随后在60℃下热处理5min，160℃下热处理4～5min，在空穴传输层表面得到钙钛矿吸收层；
[0014]步骤5：在钙钛矿吸收层表面旋涂咪唑类离子液体的苯甲醚溶液，然后退火，制备成离子液体层；
[0015]所述咪唑类离子液体的苯甲醚溶液是采用1～7mg/mL咪唑类离子液体的苯甲醚溶液；
[0016]步骤6：在离子液体层表面旋涂PCBM的氯苯溶液，制备成电子传输层；
[0017]所述PCBM的氯苯溶液是采用10～20mg/mL PCBM的氯苯溶液；
[0018]步骤7：电子传输层表面旋涂BCP的异丙醇溶液，制备成缓冲层；
[0019]所述BCP的异丙醇溶液是采用0.3～1mg/mL BCP的异丙醇溶液；
[0020]步骤8：在缓冲层上蒸镀金属电极Ag，制得钙钛矿太阳能电池。
[0021]所述步骤2的清洗依次为洗涤剂、蒸馏水、乙醇、丙酮和异丙醇，氮气吹干，然后用O2等离子体处理。
[0022]所述等离子体处理时间为10～15min。
[0023]所述步骤3中旋涂PEDOT:PSS转速为每分钟4000～6000转，旋涂时间为30秒，然后在150℃下退火10～20min。
[0024]所述步骤4的两步旋涂法是：以每分钟1000转的转速旋涂10秒，再以每分钟4000转的转速旋涂30秒。
[0025]所述咪唑类离子液包括但不限于：1
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丁基
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甲基咪唑六氟磷酸盐BMIMPF6、1
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，其特征在于：结构从下到上依次为ITO层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、离子液体层、电子传输层、缓冲层和金属电极；所述钙钛矿前驱体溶液中添加有咪唑类离子液体；制备全过程在空气中进行，实验湿度条件为30％～55％，步骤如下：步骤1、配制离子液体修饰的钙钛矿前驱体溶液：离子液体修饰的钙钛矿前驱体溶液：0.6～0.8mol/L CsPbI3的DMF溶液，然后添加摩尔比为0.05～0.7％的咪唑类离子液体，混合均匀得到；步骤2：清洗ITO导电玻璃，用作透明电极；步骤3：在ITO导电玻璃上旋涂PEDOT:PSS，然后退火，制备成空穴传输层；步骤4：对步骤3制得的基底在60～100℃下预热3～5min，然后以两步旋涂法在空穴传输层表面旋涂步骤1的离子液体修饰的钙钛矿前驱体溶液，随后在60℃下热处理5min，160℃下热处理4～5min，在空穴传输层表面得到钙钛矿吸收层；步骤5：在钙钛矿吸收层表面旋涂咪唑类离子液体的苯甲醚溶液，然后退火，制备成离子液体层；所述咪唑类离子液体的苯甲醚溶液是采用1～7mg/mL咪唑类离子液体的苯甲醚溶液；步骤6：在离子液体层表面旋涂PCBM的氯苯溶液，制备成电子传输层；所述PCBM的氯苯溶液是采用10～20mg/mL PCBM的氯苯溶液；步骤7：电子传输层表面旋涂BCP的异丙醇溶液，制备成缓冲层；所述BCP的异丙醇溶液是采用0.3～1mg/mL BCP的异丙醇溶液；步骤8：在缓冲层上蒸镀金属电极Ag，制得钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，其特征在于：所述步骤2的清洗依次为洗涤剂、蒸馏水、乙醇、丙酮和异丙醇，氮气吹干，然后用O2等离子体处理。3.根据权利要求3所述基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，其特征在于：所述等离子体处理时间为10～15min。4.根据权利要求1所述基于离子液提升反式全无机钙钛矿太阳能电池空气稳定性的方法，其特征在于：所述步骤3中旋涂PEDOT:PS...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昆，曹黎，佟宇，霍江伟，李天翔，王洪强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：