【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及钙钛矿光伏电池，特别是一种二维钙钛矿薄膜的制备方法、光伏电池及其制备方法。
技术介绍
1、经过十几年的发展，有机-无机杂化钙钛矿光伏电池的光电转换效率已从最初的3.8％迅速提升至26.1％。然而，传统的有机-无机杂化钙钛矿(又称三维钙钛矿)在湿度、加热、光照和电场条件下的不稳定性限制了三维钙钛矿光伏电池的大规模商用化进程。采用二维钙钛矿材料作为光电转换层是解决三维钙钛矿稳定性问题的重要途径。二维钙钛矿可看作是三维钙钛矿被大体积有机胺阳离子沿特定方向切割而成。疏水性大体积有机胺阳离子的引入能够抑制离子迁移、增强钙钛矿材料的疏水性和结构稳定性。根据大体积有机胺间隔阳离子种类和价态的不同，二维钙钛矿可分为rp型、dj型和aci型。其中，aci型二维钙钛矿的带隙较窄且激子结合能较小，有利于光吸收和激子解离，从而在制备高效率的光伏电池中显示出巨大应用潜力。
2、目前，通过对aci型二维钙钛矿的薄膜质量(包括晶体取向、相排列分布以及表界面性质等)进行优化，其光伏电池的器件效率已经突破22％。然而，光伏器件的有效面积较小(小于1cm2)，且钙钛矿薄膜是采用不可扩展的旋涂法进行制备的，无法实现成本低且可商用的大面积光伏电池组件制备。此外，由于大有机胺间隔阳离子的引入，二维钙钛矿的结晶成膜过程较三维钙钛矿更加复杂，尤其是成膜面积增大后薄膜内部和晶界处的缺陷将急剧增加，使得成膜质量更加难以控制，从而严重制约了其光伏电池组件的光伏性能和稳定性。因此，如何制备高质量的aci型二维钙钛矿大面积薄膜，从而实现高性能的光伏电池组件是
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：解决现有aci型二维钙钛矿薄膜的制备方法主要采用旋涂法，不适用于大面积器件的制备；成膜面积增大后薄膜内部和晶界处的缺陷急剧增加，结晶过程和成膜质量难以控制，导致光伏电池的光伏性能和稳定性差的问题，提供了一种二维钙钛矿薄膜的制备方法、光伏电池及其制备方法，通过印刷成膜的涂布方式制备钙钛矿薄膜，使用二元混合溶剂能够减缓成核和晶体生长速率，在结晶过程中使钙钛矿薄膜具有增大的晶粒、增强的结晶度和择优的取向，能够得到质量更高的钙钛矿薄膜。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，包含以下步骤：
4、s1、将化学组成为ga(ma)npbni3n+1(n＝3、4或5)的钙钛矿组分加入至二元混合溶剂中得到钙钛矿前驱液，所述钙钛矿组分在所述二元混合溶剂内的摩尔浓度为1～1.4m；
5、s2、采用印刷成膜的方式将所述钙钛矿前驱液涂布在空穴传输层上，得到前驱体湿膜；使用真空辅助结晶法对所述前驱体湿膜进行处理，得到中间相薄膜；将所述中间相薄膜进行退火处理，得到充分结晶的钙钛矿薄膜；
6、在所述钙钛矿薄膜的制备过程中，通常使用旋涂法将所述钙钛矿前驱液沉积到小面积(小于1cm2)器件上，高速旋转可以使溶剂快速蒸发从而得到均匀的钙钛矿薄膜；但在大面积组件的涂布过程中，使用旋涂法涂布会造成所述基底中心与外侧之间的薄膜厚度不均匀、溶液浪费及处理窗口期较短等影响。本专利技术使用的所述印刷成膜的涂布方法相比于使用旋涂法进行成膜，具有印刷速度快、溶液利用率高、薄膜质量控制更加精细化等优点，更加适用于钙钛矿电池的商用生产中。
7、为了进一步提高所述钙钛矿薄膜的质量，本专利技术将所述钙钛矿组分加入至所述二元混合溶剂，所述二元混合溶剂能够减缓成核和晶体生长速率，在结晶过程中能够使钙钛矿薄膜具有增大的晶粒、增强的结晶度和择优的取向，从而提高所述钙钛矿薄膜的质量。
8、作为本专利技术的优选方案，所述二元混合溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和具有高路易斯碱性的溶剂，且所述n,n-二甲基甲酰胺(dmf)与所述具有高路易斯碱性的溶剂的体积比为1:(0.01～0.1)。
9、使用所述高路易斯碱性的溶剂相比于现常用的溶剂，能够形成更多稳定的容积化物中间相，产生更均匀致密的中间相薄膜，从而提高所述钙钛矿薄膜的质量。
10、作为本专利技术的优选方案，所述具有高路易斯碱性的溶剂包含1,3-二甲基丙烯基脲(dmpu)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)和六甲磷酰三胺(hmp)中的任意一种。
11、作为本专利技术的优选方案，在步骤s2中所述印刷成膜的方法包含刮涂、喷涂或狭缝涂布，所述真空辅助结晶法的真空度为10-1～10pa且抽真空时间为5s～30s，所述退火处理的温度为50～150℃且退火时间为10～60min。
12、作为本专利技术的优选方案，所述钙钛矿组分包含碘化胍(gai)、碘化甲胺(mai)和碘化铅(pbi2)。
13、一种光伏电池包含基底、空穴传输层、由所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法制备的钙钛矿薄膜、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极。
14、一种光伏电池的制备方法，采用一种光伏电池，包含以下步骤：
15、a1、对基底依次进行p1划线、清洗和紫外线臭氧处理；
16、a2、在所述基底顶面依次堆叠制备空穴传输层、钙钛矿薄膜、电子传输层和空穴阻挡层；
17、a3、使用激光依次切割所述空穴阻挡层、所述电子传输层、所述钙钛矿薄膜和所述空穴传输层形成p2划线；
18、a4、在所述空穴阻挡层顶面通过蒸镀的方式制备金属电极；
19、a5、在所述金属电极顶面进行p3划线处理。
20、作为本专利技术的优选方案，所述基底包含氧化铟锡(ito)玻璃、掺氟氧化锡(fto)玻璃或掺铝氧化锌(azo)玻璃。
21、作为本专利技术的优选方案，所述空穴传输层包含氧化镍(niox)、3-己基噻吩(p3ht)、硫氰酸亚铜(cuscn)、[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2pacz)、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(me-4pacz)和[4-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(meo-4pacz)中的一种，所述空穴传输层的退火温度为50～350℃，所述空穴传输层的厚度为10～70nm。
22、作为本专利技术的优选方案，所述电子传输层包含由富勒烯(c60)和[6,6]-苯基-c71-丁酸甲酯(pc71bm)中的一种，所述电子传输层的厚度为10～70nm，所述空穴阻挡层的材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(bcp)，所述空穴阻挡层的厚度为1～10nm。
23、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
24、1、一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，通过加入二元混合溶剂制备钙钛矿前驱液，采用印刷成膜工艺结合真空辅助结晶制备了高质量的钙钛矿薄膜，使用二元混合溶剂减缓了钙钛矿薄膜成核和晶体生长速率，改变了结晶过程的中间相，从而使二维钙钛矿薄膜具有增大的晶粒、增强的结晶度和择优的取向。
25、2本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述二元混合溶剂包含N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和具有高路易斯碱性的溶剂，且所述N,N-二甲基甲酰胺与所述具有高路易斯碱性的溶剂的体积比为1:(0.01～0.1)。
3.根据权利要求2所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述具有高路易斯碱性的溶剂包含1,3-二甲基丙烯基脲(DMPU)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)和六甲磷酰三胺(HMP)中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤S2中所述印刷成膜的方法包含刮涂、喷涂或狭缝涂布，所述真空辅助结晶法的真空度为10-1～10Pa且抽真空时间为5s～30s，所述退火处理的温度为50～150℃且退火时间为10～60min。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿组分包含碘化胍(GAI)、碘化甲胺(MAI)和碘化铅(PbI2)。
6.一种光
7.一种光伏电池的制备方法，其特征在于，制备如权利要求6所述一种光伏电池，包含以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种光伏电池的制备方法，其特征在于，所述基底包含氧化铟锡(ITO)玻璃、掺氟氧化锡(FTO)玻璃或掺铝氧化锌(AZO)玻璃。
9.根据权利要求7所述的一种光伏电池的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层包含氧化镍(NiOx)、3-己基噻吩(P3HT)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(2PACZ)、[2-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)乙基]膦酸(MeO-2PACZ)、[4-(3,6-二甲基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸(Me-4PACZ)和[4-(3,6-二甲氧基-9H-咔唑-9-基)丁基]膦酸(MeO-4PACZ)中的一种，所述空穴传输层的退火温度为50～350℃，所述空穴传输层的厚度为10～70nm。
10.根据权利要求7所述的一种光伏电池的制备方法，其特征在于，所述电子传输层包含由富勒烯(C60)和[6,6]-苯基-C71-丁酸甲酯(PC71BM)中的一种，所述电子传输层的厚度为10～70nm，所述空穴阻挡层的材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP)，所述空穴阻挡层的厚度为1～10nm。
...【技术特征摘要】
1.一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述二元混合溶剂包含n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和具有高路易斯碱性的溶剂，且所述n,n-二甲基甲酰胺与所述具有高路易斯碱性的溶剂的体积比为1:(0.01～0.1)。
3.根据权利要求2所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述具有高路易斯碱性的溶剂包含1,3-二甲基丙烯基脲(dmpu)、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)和六甲磷酰三胺(hmp)中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，在步骤s2中所述印刷成膜的方法包含刮涂、喷涂或狭缝涂布，所述真空辅助结晶法的真空度为10-1～10pa且抽真空时间为5s～30s，所述退火处理的温度为50～150℃且退火时间为10～60min。
5.根据权利要求1至4任意一项所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿组分包含碘化胍(gai)、碘化甲胺(mai)和碘化铅(pbi2)。
6.一种光伏电池，其特征在于，包含基底、空穴传输层、如权利要求1至5任意一项所述的一种二维钙钛矿薄膜的制备方法制备的钙钛矿薄膜、电子传输层、空穴阻挡层和金属电...
【专利技术属性】
技术研发人员：李世彬，郑华琳，徐强，
申请(专利权)人：四川恒立聚能光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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