本发明专利技术公开了一种高效钙钛矿太阳电池及其印刷制备方法，属于钙钛矿太阳电池技术领域。该方法在FA<subgt;1‑x‑y</subgt;C<subgt;Sx</subgt;MA<subgt;y</subgt;PbI<subgt;3‑x</subgt;Br<subgt;x</subgt;(x为0.05，y为0.02‑0.06)钙钛矿吸收层的制备过程中引入了部分的DMAPbI<subgt;3</subgt;中间体，有效调控了钙钛矿晶体的生长过程，显著增大了钙钛矿薄膜的晶粒尺寸，并实现了对薄膜缺陷的原位钝化。这一系列优化措施，最终提升了在大气环境下刮涂制备的FA<subgt;1‑x‑y</subgt;C<subgt;Sx</subgt;MA<subgt;y</subgt;PbI<subgt;3‑x</subgt;Br<subgt;x</subgt;钙钛矿太阳电池的填充因子和光电转化效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于本专利技术属于新能源材料，具体涉及一种高效钙钛矿太阳电池及其印刷制备方法。
技术介绍
1、钙钛矿太阳电池(psc)以其高光电转化效率(pce)和低成本制造潜力，在新能源领域引起了广泛关注。然而，当前通过刮涂法制备的fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx钙钛矿太阳电池的光电转化效率相较于传统旋涂方法仍显不足。在卷对卷生产中，电池的pce成为决定发电成本的关键因素，其中填充因子(ff)的提升尤为重要。
2、根据肖克利-奎伊瑟(shockley-queisser,s-q)极限理论，对于特定带隙的psc，其性能参数存在理论上限。目前，刮涂fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx形成钙钛矿太阳电池后，钙钛矿太阳电池的性能参数尚未达到s-q极限，尤其是ff存在较大的提升空间，但是对于相关的研究较少。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种高效钙钛矿太阳电池及其印刷制备方法，以解决现有技术中钙钛矿太阳电池的性能仍然有较大的提升空间问题，该方法在钙钛矿结晶过程中引入dmapbi3中间体调控钙钛矿晶体生长，有效增大了钙钛矿薄膜晶粒尺寸、减少缺陷，从而提高在大气环境下刮涂制备fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx psc的ff和pce。
2、为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
3、一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，包括以下步骤：
4、步骤1，预处理fto玻璃基底；
5、步骤2，将fto玻璃基底浸入到ticl4水溶液中，生长出tio2，退火后制得tio2电子传输层；
6、步骤3，将fai、csbr、pbi2和macl按照设定摩尔比溶于溶剂中，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和2-甲基四氢呋喃的混合溶液，然后加入(3,5-二氟苯基)三氟硼酸钾，制得中间体工程钙钛矿溶液，在中间体工程钙钛矿溶液中加入dmapbi3，搅拌后制得添加有dmapbi3的fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx钙钛矿前驱体溶液，fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx中x为0.05，y的范围为0.02-0.06；
7、步骤4，将钙钛矿前驱体溶液滴加到tio2电子传输层上，通过刮刀刮涂钙钛矿前驱体溶液，刮涂后吹气处理，吹气后进行退火处理，制得钙钛矿吸收层；
8、步骤5，在钙钛矿吸收层上制备spiro-ometad空穴传输层；
9、步骤6，在空穴传输层上制备金属电极。
10、本专利技术的进一步改进在于：
11、优选的，步骤3中，dmapbi3的加入摩尔量为pbi2摩尔量的1-30％，
12、优选的，步骤3中，n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和2-甲基四氢呋喃的体积比为(5-8):1:(1-4)。
13、优选的，步骤3中，(3,5-二氟苯基)三氟硼酸钾在钙钛矿前驱体溶液中的摩尔分数为0.15-3％。
14、优选的，步骤4中，刮涂前，将fto玻璃基底和tio2电子传输层在40-120℃热台上预热。
15、优选的，步骤4中，刮涂过程中，刮刀与tio2电子传输层表面之间的距离为10-500μm。
16、优选的，步骤4中，吹气过程中，气流温度20-40℃，流速为10-100m/s，持续时间为3-30s。
17、优选的，步骤4中，退火温度为150℃，退火时间为15min。
18、优选的，步骤5中，在制备spiro-ometad空穴传输层前，制备有peai钝化层。
19、一种通过上述任意一项制备方法制得的高效钙钛矿太阳电池，包括从下到上依次设置的fto玻璃基底、tio2电子传输层、fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx钙钛矿吸收层、spiro-ometad空穴传输层和金属电极。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
21、本专利技术公开了一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，该方法通过在钙钛矿太阳吸收层fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx(x＝0.05,y＝0.02-0.06)的前驱体溶液中引入dmapbi3(dma+结构式为：(ch3)2nh2+)中间相，该中间相部分代替了原料中的pbi2，从而在钙钛矿结晶过程中引入dmapbi3中间相。由于dmapbi3中间相分解需要额外的能量，使得钙钛矿成核的能量势垒增加，从而延长钙钛矿晶体成核窗口，从材料生长动力学的角度看，成核过程的延长有利于钙钛矿单体的传递和扩散，从而促进晶粒尺寸的增大。同时，dmapbi3中间相还能原位修复缺陷，实现了对薄膜缺陷的原位钝化，通过dma+和i-离子在结晶过程中对空位缺陷的有效填补，减少了非辐射复合损失并降低器件的串联电阻。dma还能够通过占据钙钛矿a位离子的位置进入钙钛矿晶格，从而降低了钙钛矿的缺陷态密度并提升结构稳定性。通过本专利技术的方法，成功将器件的串联电阻降低了30％，显著改善了载流子输运，并将大气环境下印刷的fa1-x-ycsxmaypbi3-xbrx psc的ff从73.88％提升至81.42％，pce也得到相应提升。该方法通过调节钙钛矿结晶并钝化缺陷，对未来钙钛矿的大面积商业化生产具有重要的科学指导意义和潜在的应用价值。
22、进一步的，钙钛矿吸收层、钝化层(peai)以及空穴传输层均通过刮涂法制备，得益于结晶动力学的调控以及缺陷钝化的协同作用，使得钙钛矿吸收层以及其它各层的刮涂步骤均可以在空气环境、室温下进行，无需额外的惰性氛围。这一专利技术对未来钙钛矿光伏技术的商业化发展提供了重要的指导和推动作用。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤3中，DMAPbI3的加入摩尔量为PbI2摩尔量的1-30％。
3.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤3中，N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和2-甲基四氢呋喃的体积比为(5-8):1:(1-4)。
4.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤3中，(3,5-二氟苯基)三氟硼酸钾在钙钛矿前驱体溶液中的摩尔分数为0.15-3％。
5.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤4中，刮涂前，将FTO玻璃基底和TiO2电子传输层在40-120℃热台上预热。
6.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤4中，刮涂过程中，刮刀与TiO2电子传输层表面之间的距离为10-500μm。
7.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤4中，吹气过程中，气流温度20-40℃，流速为10-100m/s，持续时间为3-30s。
8.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤4中，退火温度为150℃，退火时间为15min。
9.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤5中，在制备Spiro-OMeTAD空穴传输层前，制备有PEAI钝化层。
10.一种通过权利要求1-9任意一项制备方法制得的高效钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括从下到上依次设置的FTO玻璃基底、TiO2电子传输层、FA1-x-yCSxMAyPbI3-xBrx钙钛矿吸收层、Spiro-OMeTAD空穴传输层和金属电极。
...
【技术特征摘要】
1.一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤3中，dmapbi3的加入摩尔量为pbi2摩尔量的1-30％。
3.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤3中，n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜和2-甲基四氢呋喃的体积比为(5-8):1:(1-4)。
4.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤3中，(3,5-二氟苯基)三氟硼酸钾在钙钛矿前驱体溶液中的摩尔分数为0.15-3％。
5.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其特征在于，步骤4中，刮涂前，将fto玻璃基底和tio2电子传输层在40-120℃热台上预热。
6.根据权利要求1所述的一种高效钙钛矿太阳电池的印刷制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵奎，杜亚超，刘生忠，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
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。