基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，一种基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，电子传输层采用钙钛矿活性层，电子传输层之上为三氟甲基苯类材料形成的界面修饰层，界面修饰层之上为2，2，7，7

【技术实现步骤摘要】
基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，特别涉及有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]近年来，由于煤、石油、天然气等传统化石能源的大肆开采，导致了严重的能源危机和环境污染。为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们将目光投向新能源的开发和利用上。太阳能作为清洁的可再生能源，具有取之不尽、用之不竭等优点，最重要的是其对环境无污染，是解决能源危机和环境污染的最佳途径之一。在最新的技术中，光伏发电无疑是最有前景的方向之一，而开发低成本、高效率的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池成为近年来的研究热点。
[0003]科研人员将具有ABX3化学通式的晶体结构统称为钙钛矿。有机无机杂化钙钛矿则具有载流子迁移率高、光学带隙窄、易溶液加工等优点，是当前占据主导地位的钙钛矿种类，因此用其制备的太阳能电池受到了广泛的研究。其中，对于正置结构的平面异质结钙钛矿太阳能电池，一方面，钙钛矿活性层与空穴传输层之间的界面处存在许多缺陷态，这些缺陷的存在会引起严重的非辐射复合，导致漏电流的存在，从而降低了钙钛矿太阳能电池的器件性能。另一方面，钙钛矿材料的稳定性较差，对水氧较敏感，易于分解，钙钛矿层与传输层界面所存在的问题也会制约钙钛矿太阳能电池的稳定性，因此开发高效率，低成本，稳定性好的钙钛矿太阳能电池对于未来的商业化发展是十分重要的。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是：如何通过一种合适的界面修饰材料减少钙钛矿与空穴传输层界面的缺陷态，提升载流子传输性能。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，电子传输层采用钙钛矿活性层，电子传输层之上为三氟甲基苯类材料形成的界面修饰层，界面修饰层之上为2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴（Spiro
‑
OMeTAD）层构成的空穴传输层。
[0006]钙钛矿活性层为FA
x
MA1‑
xPbInBr3
‑
n
钙钛矿薄膜或者MAPbI3薄膜，钙钛矿活性层的厚度为550
‑
600 nm，x为小于1的正数，n为小于3的正数；三氟甲基苯类材料为4
‑
氨基
‑2‑
三氟甲基苯腈（ATMB）、4
‑
溴
‑3‑
(三氟甲基)苯胺、4
‑
氯
‑2‑
三氟甲基苯腈中的一种或多种混合。
[0007]所述FA
x
MA1‑
xPbInBr3
‑
n
钙钛矿薄膜的制备方法包括如下步骤S311、将碘化铅（PbI2）溶解于N，N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂中，形成一种金黄色的溶液，称之为碘化铅（PbI2）前驱液；S312、将甲脒碘化胺(FAI)、甲基溴化胺(MABr)、甲基氯化铵(MACl)以质量比10:1:1的比例溶于异丙醇（IPA）溶剂形成有机阳离子溶液，甲脒碘化胺(FAI)浓度为60 mg/mL； S313、在氮气环境下，环境温度保持在15℃
‑
25℃，利用溶液旋涂法在电子传输层上静态旋涂碘化铅前驱液，旋涂速率为1500
‑
1800 rpm，旋涂时间为30
‑
40 s，旋涂完成后在氮气环境
中70℃下退火1 min，形成PbI2前驱体薄膜；接着在氮气环境下，利用溶液旋涂法在PbI2前驱体薄膜上静态旋涂有机阳离子溶液，旋涂速率为1600
‑
2000 rpm，旋涂时间为30
‑
40 s，旋涂完成后转移至空气中在115℃热台上退火25
‑
30 min。
[0008]所述MAPbI3薄膜的制备方法包括如下步骤S321、将N，N 二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合配置成混合溶剂，体积比为9：1，然后将碘化铅（PbI2）和 甲基碘化胺（MAI）溶解在混合溶剂中，形成碘化铅浓度为599.3 mg/mL、甲基碘化胺浓度为44.7 mg/mL的混合溶液；S322、利用旋涂法，将步骤S321制备的混合溶液旋涂在电子传输层上，旋涂速度是6000 rpm，旋涂时间是15 s，形成第一层薄膜；S322、将溶剂为异丙醇的35 mg/mL的MAI溶液旋涂在第一层薄膜上旋涂速率为4000 rpm，旋涂时间为30
‑
45 s，然后转移到空气中在100℃退火30 min，制成MAPbI3钙钛矿薄膜。
[0009]所述界面修饰层的制备方法为：将三氟甲基苯类材料溶解在氯苯溶液中，形成质量浓度为1 mg/mL的三氟甲基苯类材料溶液，然后采用溶液旋涂法，以4000 rpm的旋涂速率，旋涂30
‑
40 s，在100℃热台上退火5 min，获得1
‑
5 nm厚的界面修饰层。
[0010]空穴传输层的制备包括如下步骤S51、将72.3 mg 的2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴（Spiro
‑
OMeTAD）溶解在1 mL氯苯中，充分搅拌震荡，得到2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴（Spiro
‑
OMeTAD）氯苯溶液；S52、将520 mg双三氟甲磺酸亚酰胺锂溶解在1 mL的乙腈溶液中，充分搅拌震荡，得到双三氟甲磺酸亚酰胺锂乙腈溶液；S53、取18μL双三氟甲磺酸亚酰胺锂乙腈溶液、29 μL 4
‑
叔丁基吡啶（TBP）加入配置好的2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴氯苯溶液中，充分搅拌震荡，得到2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴（Spiro
‑
OMeTAD）混合溶液；S54、在界面修饰层表面旋涂2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺环二芴（Spiro
‑
OMeTAD）混合溶液，制得厚度为150
‑
180nm空穴传输层。
[0011]该有机无机杂化钙钛矿太阳能电池从下之上依次为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，其特征在于：电子传输层采用钙钛矿活性层，电子传输层之上为三氟甲基苯类材料形成的界面修饰层，界面修饰层之上为2，2，7，7
′‑
四[N，N
′‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]
‑
9，9
′‑
螺环二芴层构成的空穴传输层。2.根据权利要求1所述的一种基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，其特征在于：钙钛矿活性层为FA
x
MA1‑
x
PbI
n
Br3‑
n
钙钛矿薄膜或者MAPbI3薄膜，钙钛矿活性层的厚度为550
‑
600 nm，x为小于1的正数，n为小于3的正数；三氟甲基苯类材料为4
‑
氨基
‑2‑
三氟甲基苯腈、4
‑
溴
‑3‑
(三氟甲基)苯胺、4
‑
氯
‑2‑
三氟甲基苯腈中的一种或多种混合。3.根据权利要求2所述的一种基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述FA
x
MA1‑
x
PbI
n
Br3‑
n
钙钛矿薄膜的制备方法包括如下步骤S311、将碘化铅溶解于N，N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂中，形成一种金黄色的溶液，称之为碘化铅前驱液；S312、将甲脒碘化胺、甲基溴化胺、甲基氯化铵以质量比10:1:1的比例溶于异丙醇溶剂形成有机阳离子溶液，甲脒碘化胺浓度为60 mg/mL； S313、在氮气环境下，环境温度保持在15℃
‑
25℃，利用溶液旋涂法在电子传输层上静态旋涂碘化铅前驱液，旋涂速率为1500
‑
1800 rpm，旋涂时间为30
‑
40 s，旋涂完成后在氮气环境中70℃下退火1 min，形成PbI2前驱体薄膜；接着在氮气环境下，利用溶液旋涂法在PbI2前驱体薄膜上静态旋涂有机阳离子溶液，旋涂速率为1600
‑
2000 rpm，旋涂时间为30
‑
40 s，旋涂完成后转移至空气中在115℃热台上退火25
‑
30 min。4.根据权利要求2所述的一种基于界面修饰层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述MAPbI3薄膜的制备方法包括如下步骤S321、将N，N 二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合配置成混合溶剂，体积比为9：1，然后将碘化铅和 甲基碘化胺溶解在混合溶剂中，形成碘化铅浓度为599.3 mg/mL、甲基碘化胺浓度为44.7 mg/mL的混合溶液；S322、利用旋涂法，将步骤S321制备的混合溶液旋涂在电子传输层上，旋涂速度是6000 rpm，旋涂时间是15 s，形成第一层薄膜；S322、将溶剂为异丙醇的35 mg/mL的MAI溶液旋涂在第一层薄膜上旋涂速率为4000 rpm，旋涂时间为30
‑
45 s，然后转移到空气中在100℃退火30 min，制成MAPbI3钙钛矿薄膜。5.根据权利要求1所述的一种基于界面...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晨曦，赵登婕，闫彤，李康宁，郝玉英，
申请(专利权)人：山西浙大新材料与化工研究院，
类型：发明
国别省市：