【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，具体涉及一种全高熵钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、利用清洁和可持续的资源发电和保护环境是21世纪人类面临的两大挑战。自工业革命以来，人类越来越依赖化石燃料，包括煤、天然气和石油，这些燃料的燃烧导致了气候变化。为了减少对化石燃料的依赖，可再生的绿色能源，如太阳能等已成为必然选择。
2、为了有效的将光能转换为电能，合理开发利用太阳能电池是必需的。太阳能电池体积小，移动方便，使用起来不受地域的限制。目前，在市面上占据主导地位的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅太阳能电池，这两种电池的生产技术比较成熟。但是，硅系太阳能电池对原料要求苛刻，纯度一般在99.9999％以上，而且电池效率上升空间小、制作工艺复杂、制造成本高，极大制约了发电成本的进一步下降。近年来，钙钛矿材料在太阳能电池、发光二极管、探测器、激光器、催化固体氧化物电池等领域有着广泛的应用。其中钙钛矿太阳能电池由于其极具超高的光电转换效率和较低的制造成本，近年来得到了企业和科研院所的广泛研究和应用。
3、钙钛矿具有一般的abx3型结构，其中a为大正电碱性、碱土或稀土金属阳离子，b为过渡金属阳离子，x为氧或卤素阴离子。由于a和b位点可以灵活地容纳不同的元素，钙钛矿的性质可以根据需要调节。但是，钙钛矿材料的热力学和环境稳定性有限，会在不利条件下严重降解，包括高温、紫外、强酸性、碱性环境、高湿等条件。通常采用两种策略来提高钙钛矿的稳定性。第一种方法是引入保护层(例如疏水或热/光/紫外线绝缘等)来保护钙钛矿免受恶劣环境
4、与单个组分的传统材料相比，由无序多组分组成的高熵材料，可以表现出增强的材料性能而受到越来越多的关注。高熵材料由于其更大的构型熵，比普通材料具有更好的热力学稳定性。第一批高熵材料是高熵合金(heas)，它含有5种或5种以上的金属元素，摩尔比在5％～35％之间。高熵合金具有较高的构型熵，定义为式中r为通用气体常数，n为合金中元素的数量，xi为元素i的摩尔分数。当δsconfig≥1.5r，r≤δsconfig≤1.5r和δsconfig≤r时，合金的熵分别为“高”、“中”和“低”。类似的，高熵钙钛矿(heps)也可以用构型熵来定义，由式中n和m分别为正离子和阴离子的种类数。xi(i＝1，2，…，n)和xj(j＝1，2,，…m)是每个元素在阳离子(a或b位)和阴离子(x位)上的摩尔分数。通常，阴离子对构型熵的影响较小，掺杂很难控制，而且可以引入x位的元素很少。因此，高熵钙钛矿被定义为钙钛矿型材料，在a位和b位上共含有五种及五种以上阳离子，且每种阳离子含量至少为5mol％。在高熵钙钛矿中，吉布斯自由能g＝h-δts，其中h为焓，t为绝对温度，s为熵，当构型熵(s的一个组成部分)增加时，吉布斯自由能减小，从而导致热力学稳定。因此，高熵钙钛矿可以在高烧结温度下保持负g值，防止冷却过程中的相变，形成能量稳定的单相结构这些稳定的结构表现出优异的化学和结构稳定性，使其非常适合能源应用。此外，与低熵钙钛矿相比，多种阳离子的掺入扩大了高熵钙钛矿的性质调制，扩大了高熵钙钛矿潜在的应用范围。由于其在高构型熵驱动下的稳定性提高，高熵钙钛矿在太阳能电池中具有很大的潜力。增加钙钛矿的熵可以提高光伏器件的稳定性，因此不需要掺杂可能导致性能损失的非活性元素。将这种由高熵设计应用在钙钛矿太阳能电池中，得到一系列由高熵特性引导的具有高稳定性的功能层器件，从而提高电池的性能。
技术实现思路
1、一种全高熵钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
2、全高熵钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括：导电玻璃基底、高熵金属氧化物空穴传输层、高熵3d钙钛矿吸光层、高熵2d钙钛矿修饰层、高熵金属氧化物电子传输层和金属电极层；
3、所述高熵金属氧化物空穴传输层采用含有五种及五种以上金属元素的高熵金属氧化物材料构成，金属元素有ni、cu、mo、v、w、fe、co、li、mg、ga、cr、in、sc。
4、所述高熵3d钙钛矿吸光层采用共含有五种及五种以上a位和b位阳离子的高熵钙钛矿材料，其中a位阳离子有ma+、fa+、cs+、rb+、k+、li+、na+、sr+、be+、mg+、ca+、ba+、ra+、la+、pr+、nd+、sm+和mn+，b位阳离子有pb+、sn+、mg+、ca+、sc+、ti+、v+、fe+、co+、ni+、cu+、zn+、ga+、al+、nb+、mo+、ru+、w+、ir+、pt+、bi+和ce+，x位阴离子有f、cl、br、i。
5、所述高熵2d钙钛矿修饰层采用含有五种及五种以上a位有机阳离子的高熵钙钛矿材料，a位有机阳离子有oa+、pea+、ba+、bda+、bea+、cma+、dat+、ga+、ha+、pa+、pda+、pei+、peda+、pma+、popa+、thma+、bda+、had+、oda+。
6、所述高熵金属氧化物电子传输层采用含有五种及五种以上金属元素的高熵金属氧化物材料，金属元素有sn、ti、zn、al、zr、si、w、nb、ce、sr、fe、cr、ba。
7、所述高熵金属氧化物空穴传输层厚度为20-70nm，具体可为30nm。
8、所述高熵3d钙钛矿吸光层厚度为300-900nm，具体可为600nm。
9、所述高熵2d钙钛矿修饰层厚度为100-700nm，具体可为300nm。
10、所述高熵金属氧化物电子传输层厚度为20-70nm，具体可为30nm。
11、所述对电极层厚度为100-300nm，具体可为120nm。所述对电极的材料具体可为ag。
12、本专利技术所提供的钙钛矿太阳能电池是按照包括下述步骤的方法制备得到的：
13、1)清洗导电玻璃基底，然后将导电玻璃基底在真空干燥烘箱中烘干备用；
14、2)利用水热法制备高熵金属氧化物空穴传输层纳米晶体材料，将得到的纳米晶体材料制备成前驱体溶液，并旋涂在导电玻璃基底，通过180℃退火形成高熵金属氧化物空穴传输层；
15、3)在高熵金属氧化物空穴传输层上，利用两步法旋涂制备高熵3d钙钛矿吸光层；
16、4)通过动态旋涂法将含有五种及五种以上有机阳离子前驱体溶液旋涂在高熵3d钙钛矿吸光层上，制备高熵2d钙钛矿修饰层；
17、5)利用水热法制备高熵金属氧化物电子传输层纳米晶体材料，将得到的纳米晶体材料制备成前驱体溶液，并旋涂在高熵2d钙钛矿修饰层上，通过150℃退火形成高熵金属氧化物电子传输层；
18、6)在所述高熵金属氧化物电子传输层上制备金属电极层，得到所述全高熵钙钛矿太阳能电池。
19、步骤2)中，所述高熵金属氧化物空穴传输层材料采用水热法合成。具体的制备方本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括导电玻璃基底、高熵金属氧化物空穴传输层、高熵3D钙钛矿吸光层、高熵2D钙钛矿修饰层、高熵金属氧化物电子传输层和金属电极层。
2.根据权利要求1所述的一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高熵金属氧化物空穴传输层采用含有五种及五种以上金属元素的高熵金属氧化物材料构成，金属元素包括Ni、Cu、Mo、V、W、Fe、Co、Li、Mg、Ga、Cr、In、Sc。
3.根据权利要求1所述的一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高熵3D钙钛矿吸光层采用共含有五种及五种以上A位和B位阳离子的高熵钙钛矿材料，其中A位阳离子有MA+、FA+、Cs+、Rb+、K+、Li+、Na+、Sr+、Be+、Mg+、Ca+、Ba+、Ra+、La+、Pr+、Nd+、Sm+和Mn+，B位阳离子有Pb+、Sn+、Mg+、Ca+、Sc+、Ti+、V+、Fe+、Co+、Ni+、Cu+、Zn+、Ga+、Al+、Nb+、Mo+、Ru+、W+、Ir+、Pt+、Bi+和Ce+，X位阴离子有F、Cl、Br、I。
<...【技术特征摘要】
1.一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括导电玻璃基底、高熵金属氧化物空穴传输层、高熵3d钙钛矿吸光层、高熵2d钙钛矿修饰层、高熵金属氧化物电子传输层和金属电极层。
2.根据权利要求1所述的一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高熵金属氧化物空穴传输层采用含有五种及五种以上金属元素的高熵金属氧化物材料构成，金属元素包括ni、cu、mo、v、w、fe、co、li、mg、ga、cr、in、sc。
3.根据权利要求1所述的一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高熵3d钙钛矿吸光层采用共含有五种及五种以上a位和b位阳离子的高熵钙钛矿材料，其中a位阳离子有ma+、fa+、cs+、rb+、k+、li+、na+、sr+、be+、mg+、ca+、ba+、ra+、la+、pr+、nd+、sm+和mn+，b位阳离子有pb+、sn+、mg+、ca+、sc+、ti+、v+、fe+、co+、ni+、cu+、zn+、ga+、al+、nb+、mo+、ru+、w+、ir+、pt+、bi+和ce+，x位阴离子有f、cl、br、i。
4.根据权利要求1所述的一种全高熵钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高熵2d钙钛矿修饰层采用含有五种及五种以上a位有机阳离子的高熵钙钛矿材料，a位有机阳离子包括oa+、pea+、ba+、bda+、bea+、cma+、dat+、ga+、ha+、pa+、pda+、pei+、peda+、pma+、popa+、thma+、bda+、h...
【专利技术属性】
技术研发人员：马柱，吕卓，陈波，陈义，白丽弘，刘梓晨，张倩，杜浩，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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