一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述的太阳能电池依次包括ITO导电玻璃层，空穴传输层PTAA、三元异质结钙钛矿层(O6T

【技术实现步骤摘要】
一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着人类社会的不断发展，能源问题已经成为世界范围最关注的问题之一。为了解决能源消耗产生的各种问题，实现经济环境绿色的可持续性发展，太阳能、核能等一系列新能源技术受到广泛关注。
[0003]钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池，在短短十二年的时间内就已经超过了25％的光电转换效率。相较于其他太阳能电池来讲，钙钛矿太阳能电池具有成本低，制备工艺简单等优势，具有广阔的未来前景。然而，3D钙钛矿对水分和氧气敏感，导致其在环境大气中的性能显著下降。此外，在许多文献中描述了有机材料的掺入，以延长钙钛矿层内的光吸收。然而，有机材料通常沉积在钙钛矿层的顶部或下面，以形成双层或多层薄膜结构。虽然2D/3D双层薄膜或2D:3D混合钙钛矿太阳能电池具有优越的器件性能，但不平衡的电荷传输和钙钛矿中各种缺陷的存在仍然是主要的限制因素。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，将n型、低带隙共轭有机分子结合到2D:3D混合钙钛矿层的三元异质结钙钛矿太阳能电池，其具有扩展吸收、改善薄膜形态、扩大结晶度、平衡电荷传输和高稳定性等优势。
[0005]为了达到上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池，从下到上依次包括ITO导电玻璃层，作为空穴传输层、近红外有机小分子(O6T
‑
4F)掺混的2D:3D钙钛矿MAPbI3、作为电子传输层的C
60
、作为空穴阻挡层的2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
邻二氮杂菲(BCP)和金属电极层。
[0007]优选的，所述空穴传输层为聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)
[0008]胺](PTAA)；
[0009]优选的，所述O6T
‑
4F掺杂的2D:3D混合钙钛矿的制备流程如下：
[0010]S1：将PbI2和MAI溶解在GBL中，并在80℃下搅拌2h以上，形成1.2M的溶液；将该溶液过滤到一个样品瓶中，并在110℃的油浴中加热3
‑
5小时，直到黑色晶体在样品瓶底部析出；将黑色的MAPbI3晶体用异丙醇洗涤并干燥三次后放入一个样品瓶中，该样品瓶位于一个装有GBL:甲胺溶液的瓶内，GBL与甲胺溶液体积比为1:100，然后保持2小时以上，瓶中的甲胺气体扩散到样品瓶中，然后与MAPbI3晶体反应，产生了钙钛矿前驱液；
[0011]S2：将4F
‑
BEA溶解在不同浓度的ACN中得到4F
‑
BEA溶液；
[0012]S3：将一定量的4F
‑
BEA溶液与3D的MAPbI3前驱液混合，形成2D:3D混合钙钛矿前驱液；
[0013]S4：将O6T
‑
4F溶解到甲苯中得到O6T
‑
4F溶液，随后将一定量的O6T
‑
4F溶液与2D:3D混合钙钛矿前驱液混合得到O6T
‑
4F掺杂的2D:3D混合钙钛矿前驱液；
[0014]优选的，所述PbI2和MAI的摩尔比为1:1；
[0015]优选的，所述ACN溶液的不同浓度分别为1M，1.2M，1.4M；
[0016]本专利技术的另一目的在于提供一种三元异质结钙钛矿太阳能电池制备方法，包括如下步骤：
[0017]S1：依次使用洗洁精、无水乙醇、去离子水以及异丙醇溶液对ITO玻璃基底进行清洗，烘干后用紫外臭氧清洗机清洗40min；
[0018]S2：在清洗过的ITO玻璃基底上旋涂空穴传输层PTAA，随后在100摄氏度下退火10min；
[0019]S3：在空穴传输层PTAA上以6000rpm动态旋涂4F
‑
BEA掺杂的2D:3D钙钛矿前驱液，随后在100摄氏度下退火10min；
[0020]S4：在真空镀膜机中向钙钛矿层上蒸镀电子传输层C
60
，厚度为15nm；
[0021]S5：在真空镀膜机中向电子传输层上蒸镀空穴阻挡层BCP，厚度为5nm；
[0022]S6：在真空镀膜机中向空穴阻挡层上蒸镀金属电极Al，厚度为120nm。
[0023]本专利技术的有益效果是：
[0024]1)本专利技术中，将2D材料引入到钙钛矿层中，改变了钙钛矿的维度结构，提升了钙钛矿的稳定性和寿命，同时也增强了太阳能电池的电子迁移率，进而提升了钙钛矿太阳能电池的光生电流；
[0025]2)本专利技术中，近红外有机小分子O6T
‑
4F在钙钛矿吸光层的掺杂，不仅能提高钙钛矿在可见光范围的光吸收、扩展在近红外区域的吸收，提高电池器件的光电流，而且与2D:3D钙钛矿的掺杂可以有效的平衡电荷传输，并促进三元复合材料内的激子解离；
[0026]3)本专利技术中，三元异质结的存在促进了钙钛矿晶体的成长，钝化了钙钛矿层的缺陷，改善了薄膜形态，同时限制离子迁移，从而抑制器件中电流的迟滞效应。
附图说明
[0027]图1为实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的光电转换效率统计图；
[0028]图2为实施例1、实施例2、实施例3和实施例4的吸收和PL光谱图；
[0029]图3为实施例3和实施例5的光电转换效率统计图；
[0030]图4为实施例3和实施例5的外量子效率图；
[0031]图5为实施例3和实施例5的正扫、反扫J
‑
V曲线图。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]实施例1
[0034]器件结构自下而上为：
[0035]ITO/PTAA/MAPbI3/C
60
/BCP/Al
[0036]制备方法如下：
[0037]S1：依次使用洗洁精、无水乙醇、去离子水以及异丙醇溶液对ITO玻璃基底进行清洗，烘干后用紫外臭氧清洗机清洗40min。
[0038]S2：在清洗过的ITO玻璃基底上旋涂空穴传输层PTAA，随后在100摄氏度下退火10min。
[0039]S3：在空穴传输层PTAA上以6000rpm动态旋涂MAPbI3钙钛矿前驱液，随后在100摄氏度下退火10min。
[0040]S4：在真空镀本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，从下到上依次包括ITO导电玻璃层，作为空穴传输层、近红外有机小分子—O6T
‑
4F掺混的2D:3D钙钛矿MAPbI3、作为电子传输层的C
60
、作为空穴阻挡层的2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯
‑
1,10
‑
邻二氮杂菲和金属电极层。2.根据权利要求1所述一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为PTAA。3.根据权利要求1所述一种高性能三元异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述O6T
‑
4F掺杂的2D:3D混合钙钛矿的制备流程如下：S1：将PbI2和MAI溶解在GBL中，并在80℃下搅拌2h以上，形成1.2M的溶液；将该溶液过滤到一个样品瓶中，并在110℃的油浴中加热3
‑
5小时，直到黑色晶体在样品瓶底部析出；将黑色的MAPbI3晶体用异丙醇洗涤并干燥三次后放入一个样品瓶中，该样品瓶位于一个装有GBL:甲胺溶液的瓶内，GBL与甲胺溶液体积比为1:100，然后保持2小时以上，瓶中的甲胺气体扩散到样品瓶中，然后与MAPbI3晶体反应，产生了钙钛矿前驱液；S2：将4F
‑
BEA溶解在不同浓度的ACN中得到4F
‑
BEA溶液；S3：将一定量...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱焘，唐浩瑞，祝星，李天蕊，陈柱，张希尧，胡丹阳，常雄，谢哲文，朱勇，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：