一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及其应用技术

本发明专利技术属于太阳能电池技术领域，公开了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及其应用。该钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括钙钛矿层的制备，钙钛矿层的制备过程中使用的钙钛矿前驱溶液中包括磷脂酰胆碱添加剂，钙钛矿层的制备过程中包括退火处理，退火的温度为140

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]在全球气候变化和“双碳”目标下，太阳能电池作为一种可持续清洁能源技术，其发展备受广泛重视。与传统的晶硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有低成本、溶液可加工性、大规模生产等优势。
[0003]Ag、Al、Au是钙钛矿太阳能电池中常见的电极，但金属电极的蒸镀过程耗能耗时、成本高。此外，Ag和Al易与钙钛矿中迁移的卤化物阴离子发生反应生成电阻化合物，如AgI和AlI3(参见文献：Y.Kato et al，Adv.Mater.Interfaces.2015，2，1500195)。Au
‑
I的生成焓远高于Ag
‑
I和Al
‑
I，但Au可以扩散到钙钛矿中，形成深能级的Au
Pb
反位缺陷，可作为电荷非辐射复合中心(参见文献：K.Domanski et al，ACS Nano.2016，10，6，6306
‑
6314)。碳基太阳能电池具有全印刷、低成本、在空气环境中稳定性高的优势，成为光伏器件中的有力竞争者。值得注意的是，碳电极空穴抽取能力的不足对钙钛矿层的光吸收能力和进一步的电荷输运提出了更高的要求。
[0004]钙钛矿太阳能电池从报道至今，其效率由最初的3.8％(参见文献：A.Kojima et al，J.Am.Chem.Soc.2009，131，6050
‑
6051)提升至25.7％(参见网址：https：//www.nrel.gov/pv/cell
‑
efficiency.html)。然而，大组件效率与小尺寸电池依然有差距，效率的差距主要源于大面积钙钛矿薄膜内部缺陷导致的光电损耗。近年来的研究表明，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率会随其面积的增大而降低。例如有效面积为40cm2时，对应的光电转化效率一般不超过10.2％。
[0005]钙钛矿吸光层是钙钛矿太阳能电池的关键组成部分，其薄膜结晶质量、载流子迁移率对钙钛矿太阳能电池的光电性能至关重要。然而，大面积钙钛矿层存在薄膜不均匀等缺陷，导致电池的效率无法有效提升。
[0006]因此，亟需提供一种新的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法所得的钙钛矿太阳能电池不仅面积大，而且光电转化效率高，这将十分有利于新能源的推广应用。

技术实现思路

[0007]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及其应用。本专利技术所述制备方法制得的钙钛矿太阳能电池在有效面积大的情况下，光电转化效率超过15％。具体的，例如有效面积为40cm2时，对应的光电转化效率为15
‑
16.5％。
[0008]本专利技术的专利技术构思为：本专利技术将磷脂酰胆碱作为添加剂来制备钙钛矿前驱体溶液，配合钙钛矿层制备过程中特定的退火条件(140
‑
160℃，3
‑
5分钟)，制得大面积、高光电转换效率的钙钛矿太阳能电池。
[0009]通过在钙钛矿材料中加入磷脂酰胆碱作为添加剂，既可调控钙钛矿的结晶动力学，又能钝化钙钛矿中的离子缺陷，解决了现有大面积钙钛矿太阳能电池光电性能不佳的问题。
[0010]本申请研究发现，利用磷脂酰胆碱添加剂协同高温快速退火工艺可极大提高大面积钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。一方面，磷脂酰胆碱添加剂中的长烷基链可从流体动力学角度有效抑制溶剂挥发过程中溶液的流动，提高钙钛矿层的均匀性；另一方面，磷脂酰胆碱添加剂中的PO4‑
可占据钙钛矿晶格表面的I
‑
空位，从而钝化离子缺陷，有效提高钙钛矿太阳能电池的光伏性能。此外，钙钛矿层制备过程中特定的退火条件是钙钛矿太阳能电池光电转换效率极大提高的重要因素。
[0011]本专利技术的第一方面提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。
[0012]具体的，一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括钙钛矿层的制备，所述钙钛矿层的制备过程中使用的钙钛矿前驱溶液中包括磷脂酰胆碱添加剂，所述钙钛矿层的制备过程中包括退火处理，退火的温度为140
‑
160℃，退火的时间为3
‑
5分钟。
[0013]优选的，所述磷脂酰胆碱添加剂的结构式如下：
[0014][0015]其中，R1、R2分别独自表示长烷基链C
n
H
2n+1
，n为大于1的整数。
[0016]进一步优选的，所述R1、R2分别独自表示碳数为10
‑
25的长烷基链。
[0017]优选的，所述退火的温度为145
‑
155℃，退火的时间为3
‑
5分钟。
[0018]优选的，所述钙钛矿前驱溶液中，所述磷脂酰胆碱添加剂的浓度为0.1
‑
2.5mg/mL；进一步优选所述磷脂酰胆碱添加剂的浓度为0.1
‑
2.0mg/mL。
[0019]优选的，所述钙钛矿前驱溶液中包括钙钛矿材料，所述钙钛矿材料为有机
‑
无机杂化或全无机的金属卤化物钙钛矿材料。
[0020]进一步优选的，所述钙钛矿材料的通式为ABX3，其中A为CH3NH
3+
、NH2CH＝NH
+
、CH3C(NH2)
2+
、Cs
+
、Rb
+
、K
+
、Na
+
、Li
+
中的至少一种，B为Pb
2+
、Sn
2+
、Ge
2+
、Cu
2+
、Mn
2+
、Fe
2+
、Co
2+
、Ni
2+
、Zn
2+
、Mg
2+
中的至少一种，X为F
‑
、Cl
‑
、Br
‑
、I
‑
、BF4‑
、SCN
‑
、PF6‑
、HCOO
‑
、CH3COO
‑
(Ac
‑
)、TFSI
‑
、PO
43
‑
、CO
32
‑
、NO3‑
、SO
42
‑
中的至少一种。
[0021]优选的，所述钙钛矿前驱溶液中的钙钛矿材料的浓度为0.3
‑
3.5mol/L；进一步优选的，所述钙钛矿前驱溶液中的钙钛矿材料的浓度为0.5
‑
3mol/L。
[0022]优选的，一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0023]在透明导本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括钙钛矿层的制备，所述钙钛矿层的制备过程中使用的钙钛矿前驱溶液中包括磷脂酰胆碱添加剂，所述钙钛矿层的制备过程中包括退火处理，退火的温度为140
‑
160℃，退火的时间为3
‑
5分钟。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述磷脂酰胆碱添加剂的结构式如下：其中，R1、R2分别独自表示长烷基链C
n
H
2n+1
，n为大于1的整数。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述R1、R2分别独自表示碳数为10
‑
25的长烷基链。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为145
‑
155℃，退火的时间为3
‑
5分钟。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱溶液中，所述磷脂酰胆碱添加剂的浓度为0.1<...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世和，任禹敏，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：