【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池。传统的有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池其结构通常包括一个阴/阳极、一个电子/空穴传输层、一个钙钛矿层、一个空穴/电子传输层和一个阳/阴极，钙钛矿层是这种电池的核心部分，通常由有机阳离子和无机阴离子组成，例如甲基铵(ma)和碘(i)或溴(br)。这种结构使得钙钛矿层能够有效地吸收太阳光并产生电子-空穴对。钙钛矿材料在光伏领域的应用已经引起了广泛的关注，因为它们具有较高的光吸收系数、长的载流子扩散长度和可调的带隙等特点。有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池是传统硅太阳能电池最有前途的替代品之一，经认证的光电转换效率超过26％。
2、公开号为cn114420847a的专利技术专利申请公开了一种钙钛矿太阳能电池，属于太阳能电池
该钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿层，在钙钛矿层的表面有界面修饰层，所述界面修饰层由钝化剂和修饰剂制成，所述钝化剂选自2-苯乙胺氢碘酸盐、2-苯乙胺盐酸盐、苯甲胺盐酸盐、苯甲胺氢碘酸盐、丁基胺氢溴酸盐、乙二胺盐酸盐、卤化铵、卤化胍、四甲基胍氟硼酸盐或碱金属卤化盐中的一种或几种，所述修饰剂选自硫氰酸甲铵、甲脒硫氰酸盐、卤化甲胺、卤化甲脒、醋酸甲胺、醋酸甲脒、甲酸甲脒、甲酸甲胺、甲胺氰酸盐或甲脒氰酸盐的一种或几种。该专利的器件具有较高的性能衰减。
3、钙钛矿材料与器件的稳定性问题是阻碍其商业
4、混合阳离子、缺陷钝化和低维化是最常见的抑制钙钛矿中的离子迁移以提高器件性能和稳定性的策略，但降低离子迁移使得器件具有较好的性能和稳定性还有较大的提升空间。
5、为了加快钙钛矿太阳能电池的商业化，开发能有效抑制钙钛矿中的离子迁移现象的新策略从而能够提高钙钛矿材料和器件的稳定性是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，该电池能够有效抑制离子迁移，从而提高了稳定性。
2、本专利技术提供了一种基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层、阴极修饰层和阴极；
3、所述钙钛矿薄膜层为由氨基或羧基功能化石墨烯、3d钙钛矿和2d钙钛矿构成的复合结构。
4、本专利技术提供的钙钛矿薄膜层由于存在2d/3d低维化钙钛矿，在层间一定程度上抑制钙钛矿的离子迁移，钝化缺陷，而通过引入羧基或氨基功能化石墨烯，使其存在钙钛矿晶界处，钝化晶界的同时，阻挡离子迁移。两个策略同时使用时，可以对钙钛矿中的离子迁移现象进行较大的抑制，具有明显的效果，得到高效高稳定的钙钛矿电池。
5、因此，针对高效率体系，本专利技术所得的钙钛矿太阳能电池，得到了23.3％的光电转化效率，与传统只采用长链有机配体制备的，所谓2d/3d低维化策略得到的高效率太阳能电池相当，同时具有更好的光照稳定性，封装的器件在1个标准太阳光照射下，850小时后保持90％以上的初始效率，明显优化传统2d/3d策略制备得到的高效率太阳能电池，同等条件下它只保持了75％。针对宽带隙体系，本专利技术制备的钙钛矿薄膜，在持续光照下100小时，荧光光谱未发生改变，而传统2d/3d低维化策略制备的薄膜在15分钟后，就出现了两个荧光峰，说明发生了相分离。
6、优选地，所述2d钙钛矿为(pea或ba)2(ma)n-1pbni3n+1，其中n＝1-5，ma为甲胺。
7、优选地，所述3d钙钛矿结构为cs0.02fa0.90ma0.08pb(i0.9br0.1)3或cs0.1fa0.90pb(i0.6br0.4)3。本专利技术提供的策略也适用于i/br共混体系，能最大程度上抑制离子迁移进而抑制相分离，有助于提高br含量的宽带隙钙钛矿体系材料和器件的稳定性，非常适用于叠层电池中的前电池。
8、优选地，所述阳极为ito，所述阳极修饰层为niox/me-4pacz、niox/meo-4pacz、niox/2pacz、niox/me-2pacz或niox/br-2pacz，其中x为1-1.5，me-4pacz为[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸，所述电子传输层为[6,6]-苯基-c61-丁酸甲酯(pc61bm)或者c60，所述阴极修饰层为浴铜灵(bcp)，所述阴极为ag。
9、另一方面，本专利技术还提供了一种所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
10、先在镀有ito的玻璃上旋涂niox薄层，然后在niox薄层上旋涂me-4pacz得到阳极修饰层；
11、在阳极修饰层上旋涂长链有机配体或2d钙钛矿，然后旋涂氨基或羧基化石墨烯和3d钙钛矿，旋涂完成后进行第一次退火；
12、在多层级结构上再次旋涂长链有机配体，进行第二次退火后得到多层级结构；
13、之后沉积pc61bm和bcp，然后沉积ag得到基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池。
14、本专利技术利用pea等有机长链配体得到2d/3d低维化钙钛矿，一定程度上抑制钙钛矿的离子迁移，钝化缺陷，得到高效高稳定的钙钛矿电池。通过旋涂工艺和退火工艺将羧基或氨基功能化石墨烯存在钙钛矿晶界处，阻挡离子迁移。使得制得的薄膜能够较好的抑制离子迁移，且本专利技术实施例进行钙钛矿薄膜制备时使用旋涂工艺，工艺方法简单、高效。
15、优选地，在旋涂长链有机配体的溶液中有机配体的浓度为1-10mg/ml；或者在旋涂2d钙钛矿的溶液中2d钙钛矿的浓度为0.1-0.5m。
16、优选地，旋涂长链有机配体的溶液的溶剂是乙醇或异丙醇，溶剂浓度为1-10mg/ml。
17、优选地，旋涂2d钙钛矿的溶液的溶剂为dmf和dmso的混合溶剂，dmf和dmso的体积比为9：1。
18、优选地，在旋涂氨基或羧基化石墨烯和3d钙钛矿的混合前驱体溶液中氨基或羧基功能化石墨烯的浓度为0.1-5mg/ml，限于氨基或羧基化石墨烯的分散性不能使用更高浓度，否则或导致团聚引起粗糙的薄膜表面。
19、优选地，旋涂氨基或羧基化石墨烯和3d钙钛矿的溶液的浓度为1-2m，溶剂为dmf和dmso的混合溶剂。
20、优选地，所述第一次退火的退火温度为80～100℃，退火时间为5～15min，退火温度和时间对性能影响不大，较低的退火温度和较短的退火时间有利于实际生产。
21、优选地，其特征在于，所述长链有机配体为苯乙胺的卤素盐或丁胺的卤素盐，所述苯乙胺的卤素盐为peai、peabr或peacl，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层、阴极修饰层和阴极；
2.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述2D钙钛矿为(PEA或BA)2(MA)n-1PbnI3n+1，其中n＝1-5。
3.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述3D钙钛矿结构为Cs0.02FA0.90MA0.08Pb(I0.9Br0.1)3或Cs0.1FA0.90Pb(I0.6Br0.4)3。
4.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述阳极为ITO，所述阳极修饰层为NiOx/Me-4PACz、NiOx/MeO-4PACz、NiOx/2PACz、NiOx/Me-2PACz或NiOx/Br-2PACz，其中x为1-1.5，所述电子传输层为PC61BM或C60，所述阴极修饰层为BCP，所述阴极为Ag。
5.一种根据权利要求1-4任一项所述的基于多层级结构钙钛
6.根据权利要求5所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在旋涂长链有机配体的溶液中有机配体的浓度为1-10mg/mL；
7.根据权利要求6所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，在旋涂氨基或羧基化石墨烯和3D钙钛矿的共混溶液中氨基或羧基功能化石墨烯的浓度为0.1-5mg/mL。
8.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第一次退火的退火温度为80-100℃，退火时间为5-15min。
9.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述长链有机配体为苯乙胺的卤素盐或丁胺的卤素盐，所述苯乙胺的卤素盐为PEAI、PEABr或PEACl，丁胺的卤素盐为BAI、BABr或BACl。
...【技术特征摘要】
1.一种基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次设置的衬底、阳极、阳极修饰层、钙钛矿薄膜层、电子传输层、阴极修饰层和阴极；
2.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述2d钙钛矿为(pea或ba)2(ma)n-1pbni3n+1，其中n＝1-5。
3.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述3d钙钛矿结构为cs0.02fa0.90ma0.08pb(i0.9br0.1)3或cs0.1fa0.90pb(i0.6br0.4)3。
4.根据权利要求1所述的基于多层级结构钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述阳极为ito，所述阳极修饰层为niox/me-4pacz、niox/meo-4pacz、niox/2pacz、niox/me-2pacz或niox/br-2pacz，其中x为1-1.5，所述电子传输层为pc61bm或c60，所述阴极修饰层为bcp，所述阴...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈红征，傅伟飞，张奕卿，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。