CN108389969B - 一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液 - Google Patents

一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系,包括碳酸二甲酯和其他溶剂;所述其他溶剂包括N‑甲基吡咯烷酮、γ‑丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或多种。本发明将碳酸二甲酯与N‑甲基吡咯烷酮等其他溶剂配合使用,不仅溶剂体系绿色、可降解,有利于环保,而且采用本发明的新型溶剂体系制备钙钛矿太阳能电池,能够在短时间热退火处理或甚至不使用热退火处理的情况下,有效的调控钙钛矿层的形貌,避免使用溶剂蒸汽退火等难以精确控制的工艺,有利于满足未来高通量的卷对卷印刷技术的要求。而且制备工艺简单,条件温和,对于推进钙钛矿太阳能电池的商业化进程具有重要意义。

Description

一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及 混合溶液
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域,涉及一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液,尤其涉及一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系及混合溶液、一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法及钙钛矿太阳能电池。
背景技术
近年来,为了解决日益严峻的能源和环境问题,人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中,光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化,有着较为成熟的市场,但其性价比还无法与传统能源相竞争,并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。薄膜电池顾名思义就是将一层薄膜制备成太阳能电池,既是一种高效能源产品,又是一种新型建筑材料,更容易与建筑完美结合。在国际市场硅原材料持续紧张的背景下,薄膜太阳电池已成为国际光伏市场发展的新趋势和新热点。因此,研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池具有非常重要的实际意义。
科学家们在近几年的最新研究中发现,一种钙钛矿结构的有机太阳能电池,即有机-无机杂化钙钛矿太阳电池,转化效率或能高达目前市场上太阳能电池转化效率的2倍,从而大幅降低太阳能电池的使用成本,还具有吸收强、迁移率高、载流子寿命长和可低成本溶液加工等潜在优势,成为太阳能利用领域新的重要研究方向,吸引了众多科研工作者的关注,其光电转化效率在过去几年的研究中,其实验室小面积器件的能量转换效率已从2009年报道的3.8%(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)提高至22.1%(NREL,BestResearch-Cell Efficiencies,November 2016),模块器件的能量转换效率可达8.7%(Energy Environ.Sci.2014,7,2642),成为最有潜力的太阳电池技术,把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池甩在了后面。
钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells),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,是将染料敏化太阳能电池中的染料作了相应的替换。在这种钙钛矿结构ABX3中,A一般为CH3NH3-,CH3CH2NH3-和NH2CH=NH2-也有报道;B多为金属Pb原子,金属Sn也有少量报道;X为Cl、Br、I等卤素单原子或混合原子。目前在高效钙钛矿型太阳能电池中,最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺(CH3NH3PbI3),它的带隙约为1.5eV。
但是目前为止,针对钙钛矿太阳电池的工业化推广应用方面的研究还不多,以钙钛矿层制备过程为例,其制备所需的溶剂常采用DMF、DMSO等溶剂,具有较高的沸点及较低的挥发性,通常需要较高及较长时间的温度退火,并伴随溶剂蒸汽退火等难以精确控制的处理工艺,不利于采用高通量的卷对卷印刷技术制备钙钛矿太阳电池的工业化推广。更主要的是上述溶剂仍具有低毒性,有碍于环保,也不符合当今绿色工艺的发展理念。
因此,如何钙钛矿太阳电池制备过程中存在的上述缺陷,已成为业内诸多具有前瞻性的研究人员广泛关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此,本发明要解决的技术问题在于提供一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液,采用本发明提供的混合溶液制备的钙钛矿太阳能电池,溶剂体系绿色、可降解,有利于环保,而且能够有效调控钙钛矿层的形貌,有利于满足未来高通量的卷对卷印刷技术的要求。
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系,包括碳酸二甲酯和其他溶剂;
所述其他溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或多种。
优选的,所述碳酸二甲酯和其他溶剂的体积比为(0.5~1):(9.5~1)。
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的混合溶液,包括形成钙钛矿层的原料和上述技术方案任意一项所述的溶剂体系;
所述钙钛矿具有ABX3结构。
优选的,所述形成钙钛矿层的原料中,所述AX源包括CH3NH3X、CH3CH2NH3X或NH2CH=NH2X;
所述BX2源包括PbX2或SnX2
所述X包括Cl、Br和I中的一种或多种。
优选的,所述AX源与所述BX2源的摩尔比为(1~3):(1~1.1);
所述混合溶液中,所述AX源的浓度为0.8~1.4mmol/mL。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)在保护性气氛下,将上述技术方案任意一项所述的混合溶液旋涂在阳极缓冲层上,再经过退火后,得到钙钛矿层。
优选的,所述阳极缓冲层包括spiro-OMeTAD层、PEDOT:PSS层、PTAA层或NiOx层;
所述退火的温度为50~100℃;
所述退火的时间为2~10min。
优选的,所述旋涂的具体步骤为先低速旋转,再高速旋转;
所述低速旋转的转速为800~1200rpm;
所述高速旋转的转速为3000~4500rpm。
优选的,所述高速旋转过程中还包括,滴加AX源溶液;
所述溶液的溶剂包括异丙醇和/或乙醇。
本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池,含有上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的钙钛矿层。
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系,包括碳酸二甲酯和其他溶剂;所述其他溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或多种。与现有技术相比,本发明针对现有的制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂,如DMF、DMSO等溶剂,仍具有低毒性,不符合绿色工艺的问题。而且具有较高的沸点及较低的挥发性,通常需要较高及较长时间的温度退火,并伴随溶剂蒸汽退火等难以精确控制的处理工艺,不利于采用高通量的卷对卷印刷技术制备钙钛矿太阳电池的工业化推广等缺陷。
本发明创造性的提供了一种含有碳酸二甲酯的溶剂体系,将碳酸二甲酯与N-甲基吡咯烷酮等其他溶剂配合使用,不仅溶剂体系绿色、可降解,有利于环保,而且采用本发明的新型溶剂体系制备钙钛矿太阳能电池,能够在短时间热退火处理或甚至不使用热退火处理的情况下,有效的调控钙钛矿层的形貌,避免使用溶剂蒸汽退火等难以精确控制的工艺,有利于满足未来高通量的卷对卷印刷技术的要求。而且制备工艺简单,条件温和,有效的降低了生产成本,适应市场化需求,易于工业化大规模生产,对于推进钙钛矿太阳能电池的商业化进程具有重要意义。
实验结果表明,本发明提供的新型溶剂体系制备钙钛矿太阳能电池,能够在短时间热退火处理或甚至不使用热退火处理的情况下,有效的调控钙钛矿层的形貌。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的混合溶剂体系与钙钛矿原料混合后的外观照片;
图2为本发明实施例1制备的未经热退火处理的钙钛矿薄膜的照片;
图3为本发明的实施例的溶液加工钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明,下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述,但是应当理解,这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点,而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料,对其来源没有特别限制,在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所有原料,对其纯度没有特别限制,本发明优选采用分析纯或钙钛矿太阳能电池领域使用的常规纯度。
本发明所有原料,其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称,每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的,本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途,能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系,包括碳酸二甲酯和其他溶剂;
所述其他溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或多种。
本发明对所述溶剂体系中所述碳酸二甲酯的含量没有特别限制,以本领域技术人员熟知的混合溶剂的常规含量即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述碳酸二甲酯和其他溶剂的体积比优选为(0.5~1):(9.5~1),更优选为(0.6~0.9):(9.5~1),更优选为(0.7~0.8):(9.5~1),也可以为(0.5~1):(7.5~3),或者为(0.5~1):(5.5~5)。
本发明所述其他溶剂包括N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或多种,更优选为N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或两种,更优选为N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇或丙酮。
本发明提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的混合溶液,包括形成钙钛矿层的原料和上述技术方案任意一项所述的溶剂体系;所述钙钛矿具有ABX3结构。
本发明对所述钙钛矿的结构和定义没有特别限制,以本领域技术人员熟知的钙钛矿的结构和定义即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述钙钛矿具有ABX3结构。
本发明对所述形成钙钛矿层的原料没有特别限制,以本领域技术人员熟知的形成钙钛矿层的常规原料即可,包括AX原料和BX2原料,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述形成钙钛矿层的原料中,所述AX源优选包括CH3NH3X、CH3CH2NH3X或NH2CH=NH2X,更优选为CH3NH3X或CH3CH2NH3X,最优选为CH3NH3X。所述AX源优选包括PbX2或SnX2,更优选为PbX2。其中,所述X优选包括Cl、Br和I中的一种或多种,更优选为Cl、Br或I,更优选为Cl。
本发明对所述形成钙钛矿层的原料的比例没有特别限制,以本领域技术人员熟知的形成钙钛矿层的常规比例即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述AX源与所述BX2源的摩尔比优选为(1~3):(1~1.1),更优选为(1.3~2.8):(1~1.1),更优选为(1.5~2.5):(1~1.1),也可以为(1~3):(1.02~1.08),或者为(1~3):(1.04~1.06)。
本发明对所述形成钙钛矿层的原料与溶剂体系的配比没有特别限制,以本领域技术人员熟知的常规比例即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述混合溶液中,所述AX源的浓度优选为0.8~1.4mmol/mL,更优选为0.9~1.3mmol/mL,更优选为1.0~1.2mmol/mL。
本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法,包括以下步骤:
1)在保护性气氛下,将上述技术方案任意一项所述的混合溶液旋涂在阳极缓冲层上后,得到钙钛矿层。
本发明对所述阳极缓冲层的选择没有特别限制,以本领域技术人员熟知的形成钙钛矿太阳能电池的常规阳极缓冲层或空穴传输层即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述阳极缓冲层,即空穴传输层,优选包括spiro-OMeTAD层、PEDOT:PSS层、PTAA层或NiOx层,更优选为优选包括spiro-OMeTAD层、PEDOT:PSS层或NiOx层,最优选为PEDOT:PSS层。
本发明所述保护性气氛优选为氮气和/或惰性气体,更优选为氮气。
本发明对所述旋涂的具体步骤有特别限制,以本领域技术人员熟知的旋涂法制备钙钛矿层的常规步骤即可,本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明为进一步提高钙钛矿层的性能,所述旋涂的具体步骤优选为先低速旋转,再高速旋转。本发明所述低速旋转的转速优选为800~1200rpm,更优选为850~1150rpm,更优选为900~1100rpm,更优选为950~1050rpm。本发明所述低速旋转的时间优选为15~60s,更优选为25~50s,更优选为35~40s。所述高速旋转的转速优选为3000~4500rpm,更优选为3300~4200rpm,更优选为3500~4000rpm。本发明所述高速旋转的时间优选为25~60s,更优选为25~60s。
本发明为完整和优化制备方法,进一步提高钙钛矿层的性能,所述高速旋转过程中优选还包括,滴加AX源溶液。其作用在于,抑制电池中的非辐射复合,从而改善器件性能。本发明对所述AX源溶液没有特别限制,本领域技术人员可以根据实际生产情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,由于本发明采用了特定的溶剂体系,所述AX源溶液的溶剂才能特别优选采用环保绿色的醇类溶剂,更优选为异丙醇和/或乙醇,更优选为异丙醇或乙醇,更优选为异丙醇。
在本发明中,由于采用了特定的溶剂体系,本发明可以在短时间热退火处理或甚至不使用热退火处理的情况下,能够有效调控钙钛矿层的形貌,避免使用溶剂蒸汽退火等难以精确控制的工艺,为完整和优化制备方法,本发明所述旋涂之后,可以包括退火步骤,更优选为低温退火步骤。本发明所述退火的温度优选为50~100℃,更优选为60~90℃,更优选为70~80℃。所述退火的时间优选为2~10min,更优选为3~9min,更优选为5~7min。
本发明最后还提供了一种钙钛矿太阳能电池,含有上述技术方案任意一项所述的制备方法所制备的钙钛矿层。
本发明对所述钙钛矿太阳能电池的定义和结构没有特别限制,以本领域技术人员熟知的常规钙钛矿太阳能电池的定义和结构即可,本领域技术人员可以根据实际应用情况、产品要求以及质量要求进行选择和调整,本发明所述钙钛矿太阳能电池优选为平板型异质结结构(平面结构)的钙钛矿太阳能电池,可以为N-I-P结构或P-I-N结构。所述钙钛矿太阳能电池优选包括金属电极、激子阻挡层、阳极缓冲层(空穴传输层)、钙钛矿层、电子传输层和FTO(或ITO)层中的多种。
本发明上述步骤提供了一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系、混合溶液,以及一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法及钙钛矿太阳能电池。本发明将碳酸二甲酯,以及γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或两种配合使用,不仅溶剂体系绿色、可降解,有利于环保,而且采用本发明的新型溶剂体系制备钙钛矿太阳能电池,能够在短时间热退火处理或甚至不使用热退火处理的情况下,有效的调控钙钛矿层的形貌,避免使用溶剂蒸汽退火等难以精确控制的工艺,有利于满足未来高通量的卷对卷印刷技术的要求。而且制备工艺简单,条件温和,有效的降低了生产成本,适应市场化需求,易于工业化大规模生产,对于推进钙钛矿太阳能电池的商业化进程具有重要意义。
实验结果表明,本发明提供的新型溶剂体系制备钙钛矿太阳能电池,能够在短时间热退火处理或甚至不使用热退火处理的情况下,有效的调控钙钛矿层的形貌。
为了进一步说明本发明,以下结合实施例对本发明提供的一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液进行详细描述,但是应当理解,这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,只是为进一步说明本发明的特征和优点,而不是对本发明权利要求的限制,本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例的应用于钙钛矿太阳能电池中的新型绿色溶剂体系,由碳酸二甲酯和N-甲基吡咯烷酮两种溶剂组成,体积比分别为3:7、1:9以及0.5:9.5。
对本实施例的新型绿色溶剂体系进行钙钛矿的溶解度测试、成膜性测试;对采用新型绿色溶剂体系制备的钙钛矿薄膜及器件进行紫外吸收光谱测试、SEM测试及光伏特性测试,具体如下:
1、对本实施例的新型绿色溶剂体系进行钙钛矿的溶解度测试,
参见图1,图1为本发明实施例1提供的混合溶剂体系与钙钛矿原料混合后的外观照片。其中,左图为直接向MAI白色粉末和PbI2黄色粉末中加入碳酸二甲酯溶剂,右图为直接向MAI白色粉末和PbI2黄色粉末中加入本发明提供的混合溶剂体系。
由图1可知,右图表明本发明提供的混合溶剂碳酸二甲酯和N-甲基吡咯烷酮是钙钛矿的良溶剂,在室温下即可将两者溶解。更重要的是,左图表明直接向MAI白色粉末和PbI2黄色粉末中加入碳酸二甲酯溶剂,室温下搅拌生成黑色粉末,表明碳酸二甲酯可有效促进CH3NH3I白色粉末和PbI2反应生成钙钛矿CH3NH3PbI3
2、对本实施例的新型绿色溶剂体系进行钙钛矿的成膜性测试。
参见图2。图2为本发明实施例1制备的未经热退火处理的钙钛矿薄膜的照片。
由图2可知,采用新型绿色溶剂体系制备的钙钛矿薄膜平整、致密。此外,无需热退火及溶剂蒸汽处理,采用新型绿色溶剂体系可有效的促进钙钛矿薄膜的转变。
3、对本实施例的采用新型绿色溶剂体系制备的钙钛矿器件进行光伏特性测试:
具体制备过程如下:
首先将电阻为15Ωsquare–1的氧化铟锡(ITO)导电玻璃片,依次经过去离子水、丙酮、洗涤剂、去离子水和异丙醇超声清洗,每步各20min。
在烘箱中烘干后,采用PLASMA(氧等离子)处理4分钟。然后在上述处理过的ITO玻璃片上,旋涂一层PEDOT:PSS薄膜,厚度约为40nm,120℃退火20min。
在氮气气氛的手套箱里将CH3NH3I和PbI2的混合溶液旋涂在PEDOT:PSS层上,浓度为0.8:0.8mmol mL–1,转速为900rpm,50s后转速提高至4000rpm,20s后滴加600μL的CH3NH3Cl的异丙醇溶液(浓度为5mg/mL),再旋转10s后,100℃退火10min。
随后,旋涂一层PCBM薄膜,浓度为30mg/mL,转速为2000rpm。
在<5×10-4Pa的真空下,蒸镀BCP(蒸镀速率为
Figure BDA0001585877020000092
),厚度为10nm。
最后,在<5×10-4Pa的真空下,蒸镀金属Ag。电池器件的有效面积为0.096cm2。除PEDOT:PSS薄膜的制备过程是在大气环境中完成的,其余所有环节均在氮气气氛的手套箱内完成。
具体器件结构如下:
ITO/PEDOT:PSS/Perovskite/PC61BM/BCP/Ag。
对本发明上述步骤制备的钙钛矿器件进行光伏特性测试和表征。
参见表1,表1为本发明实施例制备的钙机光伏电池器件(100℃退火)的初步表征结果。
表1
Figure BDA0001585877020000091
PS:光强为100mW cm-2
其中,对比数据来自Chien-Yi Chan等于2016年在《Journal of MaterialsChemistry A》上发表的“Solvent-extraction crystal growth for highly efficientcarbon-based mesoscopic perovskite solar cells free of hole conductors”一文中。
参见图3,图3为本发明的实施例的溶液加工钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
如表1及图3所示,初步表征,标准器件,对比数据的能量转化效率为8.3,电流密度为13.89,开路电压为0.83,填充因子为72.5。相比之下,采用新型绿色溶剂体系制备的钙钛矿器件,其性能均有所提高。例如,当碳酸二甲酯和N-甲基吡咯烷酮的体积比为0.5:9.5时,能量转化效率为12.5%,电流密度为18.42mA cm-2,开路电压为0.92V,填充因子为73.5%。表明此种绿色溶剂体系可以有效的调控活性层相分离尺寸,作为钙钛矿活性层的溶剂,表现出较大的应用潜力。
以上对本发明提供的一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系及混合溶液、一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法及钙钛矿太阳能电池进行了详细的介绍,本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想,包括最佳方式,并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明,包括制造和使用任何装置或系统,和实施任何结合的方法。应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定,并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素,或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素,那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的溶剂体系,其特征在于,包括碳酸二甲酯和其他溶剂;
所述其他溶剂选自N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、异丙醇和丙酮中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的溶剂体系,其特征在于,所述碳酸二甲酯和其他溶剂的体积比为(0.5~1):(9.5~1)。
3.一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的混合溶液,其特征在于,包括形成钙钛矿层的原料和权利要求1~2任意一项所述的溶剂体系;
所述形成钙钛矿层的原料包括AX原料和BX2原料;
所述钙钛矿具有ABX3结构。
4.根据权利要求3所述的混合溶液,其特征在于,所述形成钙钛矿层的原料中,AX源包括CH3NH3X、CH3CH2NH3X或NH2CH=NH2X;
所述形成钙钛矿层的原料中,BX2源包括PbX2或SnX2
所述X包括Cl、Br和I中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的混合溶液,其特征在于,所述AX源与所述BX2源的摩尔比为(1~3):(1~1.1);
所述混合溶液中,所述AX源的浓度为0.8~1.4mmol/mL。
6.一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)在保护性气氛下,将权利要求3~5任意一项所述的混合溶液旋涂在阳极缓冲层上后,得到钙钛矿层。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述阳极缓冲层包括spiro-OMeTAD层、PEDOT:PSS层、PTAA层或NiOx层;
所述旋涂之后还包括退火步骤;
所述退火的温度为50~100℃;
所述退火的时间为2~10min。
8.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述旋涂的具体步骤为先低速旋转,再高速旋转;
所述低速旋转的转速为800~1200rpm;
所述高速旋转的转速为3000~4500rpm。
9.根据权利要求8所述的制备方法,其特征在于,所述高速旋转过程中还包括,滴加AX源溶液;
所述AX源溶液的溶剂包括异丙醇和/或乙醇。
10.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于,含有权利要求6~9任意一项所述的制备方法所制备的钙钛矿层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109052455B (zh) * 2018-10-11 2020-12-15 南京邮电大学 一种无毒稳定钙钛矿的制备方法
CN110564402B (zh) * 2019-09-16 2022-11-29 哈尔滨工业大学 类钙钛矿中间体凝胶、制备及利用类钙钛矿中间体凝胶制备电子皮肤的方法
TWI814965B (zh) * 2019-12-17 2023-09-11 財團法人工業技術研究院 鈣鈦礦前驅物溶液及鈣鈦礦吸收層的製造方法
CN111223994B (zh) * 2020-01-17 2022-06-14 桂林电子科技大学 一种采用羰基小分子作为添加剂的全印刷介观钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111785838B (zh) * 2020-06-30 2022-06-24 厦门大学 一种有机无机杂化钙钛矿粉末及其制备方法和应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100603303B1 (ko) * 2003-10-29 2006-07-20 삼성에스디아이 주식회사 효율적인 성능을 갖는 리튬 전지
US10450480B2 (en) * 2013-03-13 2019-10-22 Hentzen Coatings, Inc. Water-reducible single-component moisture-curing polyurethane coatings
WO2016081789A1 (en) * 2014-11-20 2016-05-26 Brown University Methods of making coated substrates
CN106252512A (zh) * 2015-06-04 2016-12-21 松下电器产业株式会社 钙钛矿型太阳能电池
WO2016208985A1 (ko) * 2015-06-25 2016-12-29 재단법인 멀티스케일 에너지시스템 연구단 할로겐화 납 어덕트 화합물 및 이를 이용한 페로브스카이트 소자
CN106433619B (zh) * 2016-09-27 2017-06-30 华中科技大学 一种Bi基钙钛矿量子点材料的制备方法
CN107591486B (zh) * 2017-08-18 2019-07-19 华中科技大学 一种有机无机杂化钙钛矿半导体材料及其制备方法

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