一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p-i-n型钙钛矿器件技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p
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i
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n型钙钛矿器件


[0001]本专利技术涉及太阳电池
，具体而言，涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法和无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件。

技术介绍

[0002]近年来，p
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n型钙钛矿太阳电池的研究取得了很大进展，而空穴的传输对于p
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n型钙钛矿太阳电池器件的性能影响很大，目前p
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n型钙钛矿器件的稳定性和工业化制备工艺受到当前空穴传输层的限制。常用的空穴传输层材料(HTL)可分为有机和无机材料，有机空穴传输材料成本较高，导电性差，在大面积基材上难以沉积，并且在潮湿和高温环境中可能降解；而无机空穴传输层材料往往需要比较高的退火温度，以达到高质量的结晶和高效的空穴传输效率，制备工艺复杂。而自组装单分子层材料(SAMs)可以解决上述两种材料的技术痛点，但是SAMs传输材料具有单层吸附的原理，容易隧穿或者形成空洞，影响了器件的稳定性。
[0003]为了解决空穴传输层材料的缺点，现有技术提出了免空穴传输层的技术方案，主要方法是去掉传统的HTL或单独在界面沉积一层有空穴传输能力的材料。但是在p
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n型钙钛矿器件中，去掉透明导电氧化物TCO和钙钛矿之间的空穴传输层时，二者直接接触，形成肖特基接触，接触界面产生缺陷并形成费米能级定扎，形成损耗区和能带弯曲，当能带向下弯曲的时候，空穴传输存在势垒使传输困难；同时，因为没有空穴传输层也就是电子阻隔层，界面失去了选择性，电子将会与空穴结合形成非辐射复合；此外，因为理想的开压是由空穴传输层和电子传输层的准费米能级之差决定的，但因为缺陷的存在，非辐射复合增多，以及准费米能级定扎等原因，使得开压损失，这些问题会导致器件的光电转化效率低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是如何在无空穴传输层情况下提高p
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n型钙钛矿器件中钙钛矿和导电基底的空穴传输，实现高效稳定的钙钛矿太阳电池器件的制备。
[0005]为解决上述问题，本专利技术第一方面提供一种钙钛矿薄膜，用于无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件，所述钙钛矿薄膜由钙钛矿前驱体溶液在导电基底上沉积形成，所述钙钛矿前驱体溶液中添加有空穴传输材料。
[0006]本专利技术在钙钛矿前驱体溶液中添加空穴传输材料，利用空穴传输材料的自迁移性质促进钙钛矿与导电基底接触面的空穴传输，并减少非辐射复合，同时钝化缺陷，可以在去掉空穴传输层的情况下，实现高效稳定的p
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n型钙钛矿器件的制备。
[0007]进一步地，所述钙钛矿前驱体溶液中添加的所述空穴传输材料选自MeO
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2PACz、2PACz、Me
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4PACz、Me
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2PACz、Br
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4PACz、Br
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2PACz、PEDOT:PSS、PTAA、NiO
X
、CuO
X
、CuSCN、poly
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TPD中的至少一种。
[0008]在钙钛矿前驱体溶液中加入一定浓度的自组装单分子材料或传统有机空穴传输材料或传统无机空穴传输材料，能在无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件中提高钙钛矿和导电基底接触处的空穴传输并钝化缺陷，同时调控结晶过程，提升晶体质量，改善钙钛矿薄膜光电性能和体表缺陷密度，并且减少了成膜时会发生的空洞现象。
[0009]进一步地，所述导电基底选自金属氧化物基底、金属基底、非金属氧化物、含有
–
Si(OR)3，
–
P(OR)3，
–
COOR，
–
SO3R，
–
COR，
–
SH，
–
OR基团的基底中的一种，R选自H、F、Cl、Br、I、K、Na中的一种。
[0010]进一步地，钙钛矿的阳离子选自BA
+
、PEA
+
、EDA
2+
、OD
+
、GUA
+
、CEA
+
、IMA
+
中的一种，阴离子选自I
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、Br
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、Cl
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、F
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、BF4‑
、PF6‑
、SCN
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中的一种。
[0011]本专利技术的第二方面提供了上述钙钛矿薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0012]S1、在钙钛矿前驱体溶液中加入空穴传输材料并混合均匀；
[0013]S2、在透明导电玻璃上沉积钙钛矿活性层。
[0014]进一步地，所述步骤S2具体包括：
[0015]S21、将加入空穴传输材料的钙钛矿前驱体溶液滴在导电基底上，静置等待空穴传输材料吸附；
[0016]S22、随后旋涂，并滴加氯苯进行反萃取；
[0017]S23、进行加热退火处理。
[0018]进一步地，所述步骤S21中，静置时间为30～60s。
[0019]进一步地，所述步骤S22中，旋涂转速为2500～5000rpm，旋转时间为20～60s，在旋涂过程结束前10～30s滴加氯苯。
[0020]进一步地，所述步骤S23中，加热温度为90～120℃，退火时间为10～30min。
[0021]本专利技术钙钛矿薄膜用于无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件，利用添加在钙钛矿前驱体溶液中的HTL材料自迁移性质促进钙钛矿与导电基底接触面的空穴传输，达到减少工艺步骤的效果，提高了钙钛矿器件商业化的可能性。
[0022]本专利技术第三方面提供上述钙钛矿薄膜的应用，将其用于制备无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件，所述p
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n型钙钛矿器件可以为光伏电池(如钙钛矿太阳电池、钙钛矿叠层电池等)或发光二极管(如钙钛矿发光二极管)。
[0023]相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0024]1、本专利技术将原本作为空穴传输层的材料添加到钙钛矿前驱体溶液中，制备无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件，利用HTL材料的自吸附性质促进钙钛矿与导电基底接触面的空穴传输并减少非辐射复合，同时钝化缺陷，实现高效稳定的钙钛矿器件的制备。
[0025]2、钙钛矿前驱体溶液中添加空穴传输材料，能调节钙钛矿与导电基底接触面处的功函数，使能级更加匹配，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，用于无空穴传输层的p
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n型钙钛矿器件，所述钙钛矿薄膜由钙钛矿前驱体溶液在导电基底上沉积形成，所述钙钛矿前驱体溶液中添加有空穴传输材料。2.根据权利要求1所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中添加的所述空穴传输材料选自MeO
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2PACz、2PACz、Me
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4PACz、Me
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2PACz、Br
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4PACz、Br
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2PACz、PEDOT:PSS、PTAA、NiO
X
、CuO
X
、CuSCN、poly
‑
TPD中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述导电基底选自金属氧化物基底、金属基底、非金属氧化物、含有
–
Si(OR)3，
–
P(OR)3，
–
COOR，
–
SO3R，
–
COR，
–
SH，
–
OR基团的基底中的一种，R选自H、F、Cl、Br、I、K、Na中的一种。4.根据权利要求1或2所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，钙钛矿的阳离子选自BA
+
、PEA
+
、EDA
2+
、OD
+

【专利技术属性】
技术研发人员：叶继春，苏诗茜，应智琴，杨熹，汪新龙，陈颖，郭旭超，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：