本发明专利技术公开了一种基于氟碳液体介质制备的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该制备方法主要是采用氟碳液体对钙钛矿中间体薄膜进行热浸泡退火处理，得到具有高结晶性和组分完整的高质量钙钛矿光活性层，最后得到的钙钛矿太阳能电池结构由阴极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层及与传输层之间的界面钝化层或修饰层和阳极构成。本发明专利技术采用氟碳液体热浸泡对钙钛矿中间体薄膜进行快速且均匀的热退火，精准调控钙钛矿晶体生长，同时不会溶解钙钛矿组分，并能减少钙钛矿组分的损失和界面缺陷，使钙钛矿太阳能电池获得优异的光电转换性能，其光电转换效率超过22％，并能大幅提升钙钛矿电池的再现性和大面积器件的可扩展性。积器件的可扩展性。积器件的可扩展性。
【技术实现步骤摘要】
一种基于氟碳液体介质制备的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
[0001]本专利技术属于钙钛矿光电器件
，具体涉及一种基于氟碳液体介质制备的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
[0002]钙钛矿太阳能电池是近十年来迅速发展的新型薄膜电池，其单结光电转换效率已经突破至25.7％，是最具有发展前景的太阳能电池，其结构简单、成本低廉，兼具超轻、超柔和超薄的特性。近年来，研发高可靠性、高效率、高稳定性的大面积钙钛矿电池先进技术对于钙钛矿电池量产制备意义重大。目前钙钛矿薄膜的制备均需要进行高温退火(100
‑
150℃)处理，但在常规的基板热退火时，垂直的温度梯度会导致钙钛矿产生更多晶界和缺陷，从而影响钙钛矿太阳能器件的效率及稳定性，多变的环境因素在加工再现性和可扩展性的方面也存在挑战，其同时还存在以下几个问题：
[0003](1)钙钛矿前驱液组分(如碘化甲基铵MAI)在钙钛矿薄膜热生长过程中表现出不同的反应性和扩散性，导致钙钛矿薄膜的不均匀性。在基板高温退火时，缓慢的热传导容易造成钙钛矿成核速率不一致，钙钛矿薄膜结晶难以控制；基板“自下而上”的单向温度梯度也会导致钙钛矿离子分布不均匀，钙钛矿薄膜的残余应力较大。
[0004](2)钙钛矿前驱体对环境水分和溶剂氛围也非常敏感，导致钙钛矿薄膜质量和钙钛矿器件的差异性较大。钙钛矿组分极易与环境(如有机溶剂)发生相互作用，会影响钙钛矿薄膜的结晶，还能导致钙钛矿化学组分有所缺失，使得钙钛矿器件的缺陷态较大。
[0005]以上因素都导致钙钛矿薄膜质量不同，限制了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和钙钛矿太阳能器件的稳定性，并伴随着钙钛矿薄膜在更大面积上的不均匀。因此，研发一种简单、可控、有效的退火方法来满足高通量化制备钙钛矿太阳能电池是目前急需解决的技术问题。
技术实现思路
[0006]为了解决现有技术中存在的不足，本专利技术的目的是提供一种基于氟碳液体介质制备的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该制备方法避免了传统钙钛矿薄膜制备过程中退火传热和环境因素的问题，从空间角度扩展对钙钛矿晶体质量的研究，在任何气氛下都精确控制整个钙钛矿薄膜的结晶动力学，从而在实现高质量钙钛矿薄膜的同时提高钙钛矿太阳能电池加工的再现性和可扩展性。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于氟碳液体介质制备钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1、将玻璃基板ITO依次在清洁剂、去离子水、氯仿、丙酮和异丙醇中通过超声波浴清洗15min，然后用氮气干燥；
[0010]步骤S2、在经过步骤S1处理后的玻璃基板ITO表面旋涂SnO2前驱体溶液，高温退火
得到SnO2电子传输层；
[0011]步骤S3、在步骤S2中所得的SnO2电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，然后进行退火处理，得到钙钛矿中间体薄膜；
[0012]步骤S4、将步骤S3中所得的钙钛矿中间体薄膜浸入到预加热的氟碳液体中进行热退火处理，得到钙钛矿光吸收层；
[0013]步骤S5、将Spiro
‑
OMeTAD前驱体溶液均匀涂覆在步骤S4中所得到的钙钛矿光吸收层表面，无需退火，得到空穴传输层；
[0014]步骤S6、通过真空热蒸发法在步骤S5中得到的空穴传输层上蒸镀Ag或Au电极层，制备完成得到钙钛矿太阳能电池。
[0015]进一步地，所述步骤S2中在旋涂SnO2前驱体溶液之前需要对玻璃基板ITO/FTO进行紫外
‑
臭氧处理10min。
[0016]进一步地，所述步骤S2中旋涂SnO2前驱体溶液的具体方法为：以4000rpm的速度将SnO2前驱体溶液旋涂到经过步骤S1处理后的玻璃基板ITO/FTO，旋涂时间为30s，然后在空气中在150℃下退火30min，以获得30nm厚的SnO2电子传输层。
[0017]进一步地，所述步骤S3中钙钛矿中间体薄膜通过两步溶液法或者一步溶液法制备所得，所述两步溶液法具体步骤为：将1.5mmol碘化铅溶于1ml体积比为9：1的DMF和DMSO混合溶剂中，并在60℃下搅拌2小时，得混合溶液A；将所述混合溶液A以1500rpm，30s的条件旋涂在钙钛矿电子传输层上并于70℃下退火1min；随后再旋涂一层溶于异丙醇的铵盐溶液后，得到钙钛矿中间体薄膜；所述一步溶液法具体步骤为：将1.53mmol PbI2、1.4mmol FAI、0.5mmol MACl、0.0122mmol MAPbBr3和0.05mmol CsI，溶解到1ml体积比为9：1的DMF和DMSO混合溶剂中，60℃搅拌2h使其完全溶解，得混合溶液；将所述混合溶液在5000rpm，30s的条件下旋涂在钙钛矿电子传输层上，在旋涂开始8
‑
10s时，取100
‑
800μl氯苯滴加到钙钛矿表面，得到钙钛矿中间体薄膜。
[0018]进一步地，所述步骤S4中氟碳液体预加热的温度为100℃，在氟碳液体中浸入退火时间为6
‑
15min。
[0019]进一步地，所述步骤S4中的氟碳液体为一种或多种全氟碳化合物，或者一种或多种全氟碳化合物与钙钛矿前驱液溶剂相容的混合溶液；其中，钙钛矿前驱液溶剂为N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、1,4
‑
丁内酯、N
‑
甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种或几种。
[0020]进一步地，所述全氟碳化合物为碳原子上的氢原子全部或大部分被氟原子取代的饱和烃或不饱和烃和和卤代烃。
[0021]进一步地，所述烷烃包括全氟环烷烃，其包括有单环和稠环脂环结构的饱和烃(如全氟环己烷、全氟甲基环己烷和全氟萘烷等)，全氟直链烷烃(如全氟己烷、全氟庚烷等)和全氟芳香烃(如全氟甲苯，五氟三氟甲基苯等)中的一种或多种。
[0022]进一步地，一种基于氟碳液体介质制备的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池采用上述制备方法获得，所述钙钛矿太阳能电池的结构为正式结构，所述正式结构由上至下依次为阴极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层与空穴传输层之间的界面钝化层或修饰层以及阳极。其中，电子传输层包括氧化锌、氧化钛、氧化锡、氧化铈、PCBM、氧化物
‑
富勒烯衍生物双层电子层等；空穴传输层包括Spiro
‑
OMeTAD、PTAA和
P3HT等。
[0023]进一步地，一种基于氟碳液体介质制备的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池采用上述制备方法获得，所述钙钛矿太阳能电池的结构还可为反式结构，所述反式结构由上至下依次为阳极、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层、钙钛矿光吸收层与电子传输层之间的界面钝化层或修饰层以及阴极。其中，空穴传输层包括PEDOT:PSS、PTAA、氧化镍、氧化铜等，电子传输层包括氧化锌、氧化钛、氧化锡、氧化铈、C
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、PCBM本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于氟碳液体介质制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、将玻璃基板ITO依次在清洁剂、去离子水、氯仿、丙酮和异丙醇中通过超声波浴清洗15min，然后用氮气干燥；步骤S2、在经过步骤S1处理后的玻璃基板ITO表面旋涂SnO2前驱体溶液，高温退火得到SnO2电子传输层；步骤S3、在步骤S2中所得的SnO2电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，然后进行退火处理，得到钙钛矿中间体薄膜；步骤S4、将步骤S3中所得的钙钛矿中间体薄膜浸入到预加热的氟碳液体中进行热退火处理，得到钙钛矿光吸收层；步骤S5、将Spiro
‑
OMeTAD前驱体溶液均匀涂覆在步骤S4中所得到的钙钛矿光吸收层表面，无需退火，得到空穴传输层；步骤S6、通过真空热蒸发法在步骤S5中得到的空穴传输层上蒸镀Ag或Au电极层，制备完成，得到钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述一种基于氟碳液体介质制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤S2中在旋涂SnO2前驱体溶液之前需要对玻璃基板ITO进行紫外
‑
臭氧处理10min。3.根据权利要求1所述一种基于氟碳液体介质制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤S2中旋涂SnO2前驱体溶液的方法为：以3000rpm的转速将SnO2前驱体溶液旋涂到经过步骤S1处理后的玻璃基板ITO上，旋涂时间为30s，然后在空气氛围中100
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200℃下退火30
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60min，以获得30nm厚的钙钛矿电子传输层。4.根据权利要求1所述一种基于氟碳液体介质制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤S3中钙钛矿中间体薄膜通过两步溶液法或者一步溶液法制备所得，所述两步溶液法具体步骤为：将1.5mmol碘化铅溶于1ml体积比为9：1的DMF和DMSO混合溶剂中，并在60℃下搅拌2小时，得混合溶液A；将所述混合溶液A以1500rpm，30s的条件旋涂在钙钛矿电子传输层上并于70℃下退火1min；随后再旋涂一层溶于异丙醇的铵盐溶液后，得到钙钛矿中间体薄膜；所述一步溶液法具体步骤为：将1.53mmolPbI2、1.4mmolFAI、0.5mmolMACl、0.0122mmolMAPb...
【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，单通，马清怡，陈立飞，陈燕杰，冯敬耀，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：
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