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【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池,具体而言,涉及钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法、钙钛矿前驱液和电池。
技术介绍
1、目前钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cell,psc)的效率已经达到25.7%,超过了传统的多晶硅太阳能电池,成为光伏产业的新星。而其与传统硅光伏技术相比的一大优势在于可低温溶液加工,可由此显著降低工艺难度,降低成本,实现大面积薄膜与光伏器件制备。
2、在湿法制备钙钛矿电池器件的工艺中,前驱液的制备是其关键过程之一,目前最常用的钙钛矿前驱液的溶剂体系分两类,一类是以dmf为主体,dmso或nmp等强配位低挥发性溶剂作为结晶辅助,以及另一类以2-me等高挥发性溶剂作为主体,同时使用添加剂辅助成膜。在前一类溶剂体系通用性更强,但是其粘度普遍较高,浸润性较差,在旋涂工艺中需要对衬底进行额外润洗,在大面积制膜工艺中浸润性受限;另外,此类体系挥发较慢,容易出现溶剂残留等情况。后一种溶剂则受限与其对含cs、br等元素的原材料溶解性差,仅适用于窄带隙钙钛矿体系,难以应用于宽带隙钙钛矿体系以及叠层太阳能电池的制备。
3、对于前驱液可加工性需要提升的问题,目前主流解决方案是使用表面活性剂增加其浸润性,以及使用强配位的固体/液体添加剂调控前驱液沸点与挥发性。而使用表面活性剂会造成其组分残留在钙钛矿薄膜中,产生缺陷影响器件性能;使用强配位添加剂则会严重影响钙钛矿结晶过程,需要花费漫长时间优化每个比例的添加剂的最优成膜条件,影响加工窗口时间以及大面积制膜工艺的实施。
4、综上所述,在尽量少干扰钙钛矿
5、鉴于此,特提出本专利技术。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法、钙钛矿前驱液和电池。
2、本专利技术是这样实现的:
3、第一方面,本专利技术提供一种钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其包括:
4、对钙钛矿前驱液基液的溶剂和溶质进行分析,从备选的多种添加剂中筛选出不溶解所述溶质中任一成分且与所述溶剂相互混溶的添加剂作为第一添加剂;
5、从所述第一添加剂中选择表面张力低于所述钙钛矿前驱液基液的添加剂作为第二添加剂;
6、从所述第二添加剂中选择常压沸点与所述钙钛矿前驱液基液相差20℃以上的添加剂作为目标添加剂。
7、在可选的实施方式中,所述第一添加剂与所述溶剂的混溶比例大于28%。
8、在可选的实施方式中,所述第二添加剂的表面张力低于所述钙钛矿前驱液基液的表面张力的1 mn/m以上。
9、在可选的实施方式中,所述目标添加剂的常压沸点低于240℃。
10、在可选的实施方式中,所述目标添加剂包括提高挥发性添加剂和降低挥发性添加剂,所述提高挥发性添加剂包括低级烷烃、环烷烃、低级酯类、卤代芳烃、单环芳烃和低级醚类中的至少一种;所述降低挥发性添加剂包括多卤代芳烃和乙二醇酯类醚中的至少一种。
11、在可选的实施方式中,所述提高挥发性添加剂包括甲基庚烷、正戊烷、环戊烷、丁酸丁酯、氯苯、甲苯和二丙二醇二甲醚中的至少一种。
12、在可选的实施方式中,所述降低挥发性添加剂包括邻二氯苯、三氯苯、二乙二醇单丁醚和乙二醇碳酸酯中的至少一种。
13、在可选的实施方式中,所述提高挥发性添加剂为甲基庚烷;
14、和/或,所述降低挥发性添加剂为二乙二醇单丁醚或乙二醇碳酸酯。
15、第二方面,本专利技术提供一种钙钛矿前驱液,其包括前驱液基液和如前述实施方式任一项所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法筛选获得的目标添加剂,所述目标添加剂的添加体积为所述前驱液基液的体积的5-20%。
16、在可选的实施方式中,所述前驱液基液包括溶剂体系和钙钛矿组分,所述溶剂体系包括乙二醇单甲醚、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯和乙腈中的至少一种,所述钙钛矿组分在所述溶剂体系中的浓度为1-2mol/l。
17、第三方面,本专利技术提供一种钙钛矿电池,其包括如前述实施方式任一项所述的钙钛矿前驱液。
18、本专利技术具有以下有益效果:
19、本专利技术提供的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法通过对多种添加剂进行筛选,筛选出的目标添加剂不仅仅能够和钙钛矿前驱液基液的溶剂相互混溶,同时还不影响溶质的溶解性,通过筛选出表面张力低于钙钛矿前驱液基液的添加剂,其可以降低钙钛矿前驱液的整体表面张力,表面张力低的液体在接触固体表面时,能够更好地铺展和润湿,从而提高润湿效率,同时有助于提高分散效率和涂膜性能。当钙钛矿前驱液基液的挥发性过高或过低时,会导致结晶时间不够,或溶剂残留等问题,本专利技术中选择常压沸点相差较大的添加剂,通过该添加剂的加入调整钙钛矿前驱液的挥发性能,从而使得钙钛矿前驱液的挥发性能可以保持在合适范围内。本专利技术提供的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法筛选操作简单,筛选出来的目标添加剂不破坏原有溶质-溶剂体系,可调整性强,且不影响结晶成核的过程;可适用于任何湿法制备杂化钙钛矿薄膜的工艺,优化其加工工艺和操作窗口时间。本专利技术的筛选方法,在不影响杂化钙钛矿太阳能电池前驱液结晶性能的前提下,可调控其浸润性和挥发性,提高前驱液的综合性能。
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1.一种钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,其包括:
2.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述第一添加剂与所述溶剂的混溶比例大于28%。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述第二添加剂的表面张力低于所述钙钛矿前驱液基液的表面张力的1 mN/m以上。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述目标添加剂的常压沸点低于240℃。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述目标添加剂包括提高挥发性添加剂和降低挥发性添加剂,所述提高挥发性添加剂包括低级烷烃、环烷烃、低级酯类、卤代芳烃、单环芳烃和低级醚类中的至少一种;所述降低挥发性添加剂包括多卤代芳烃和乙二醇酯类醚中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述提高挥发性添加剂包括甲基庚烷、正戊烷、环戊烷、丁酸丁酯、氯苯、甲苯和二丙二醇二甲醚中的至少一种;
7.根据权利要求6所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方
8.一种钙钛矿前驱液,其特征在于,其包括前驱液和如权利要求1-7任一项所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法筛选获得的目标添加剂,所述目标添加剂的添加体积为所述前驱液基液的体积的5-20%。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿前驱液,其特征在于,所述前驱液基液包括溶剂体系和钙钛矿组分,所述溶剂体系包括乙二醇单甲醚、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯和乙腈中的至少一种,所述钙钛矿组分在所述溶剂体系中的浓度为1-2mol/L。
10.一种钙钛矿电池,其特征在于,其包括如权利要求8-9任一项所述的钙钛矿前驱液。
...【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,其包括:
2.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述第一添加剂与所述溶剂的混溶比例大于28%。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述第二添加剂的表面张力低于所述钙钛矿前驱液基液的表面张力的1 mn/m以上。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述目标添加剂的常压沸点低于240℃。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱液添加剂的筛选方法,其特征在于,所述目标添加剂包括提高挥发性添加剂和降低挥发性添加剂,所述提高挥发性添加剂包括低级烷烃、环烷烃、低级酯类、卤代芳烃、单环芳烃和低级醚类中的至少一种;所述降低挥发性添加剂包括多卤代芳烃和乙二醇酯类醚中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿前驱液添加剂...
【专利技术属性】
技术研发人员:段野,孙盟杰,
申请(专利权)人:北京曜能科技有限公司,
类型:发明
国别省市:
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