CN108389972A - 一种具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用 - Google Patents
一种具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种含协同效应的硫氰酸铵添加剂及其在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，属于光电子材料与器件领域。该发明将硫氰酸铵为添加剂，按照质量比2％‑17％添加到钙钛矿的前驱体溶液中，利用反溶剂法形成反向结构钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜，用作反向结构钙钛矿太阳能电池的吸光层。
Description
技术领域
本发明是一种以NH4SCN为添加剂添加在钙钛矿前驱体溶液中，及以此溶液制备的钙钛矿薄膜(吸光层)在钙钛矿太阳能电池中的应用，尤其添加剂的阴阳离子具有协同效应，属于光电子材料与技术领域。
背景技术
随着社会的不断发展，能源危机以及传统化石能源带来的环境问题越来越受到人们的重视，拓展环境友好型以及可再生能源迫在眉睫。太阳能作为可再生并且清洁的资源受到人们的关注，其中，发展太阳能电池是利用太阳能的重要途径之一。目前主要广泛应用的是硅基太阳能电池，但是硅基太阳能电池制造成本较高，能耗比较严重，大大限制了硅基太阳能电池的大规模应用。
最新发现，新兴的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有宽吸收、制造简单、低成本、可柔性制备的特点迅速受到了世界瞩目，自2009 年问世到2017年，短短几年光电转化效率以惊人的速度从3.8％提升到了22.7％，已经可以与硅基电池媲美。在钙钛矿太阳能电池的结构中钙钛矿层起主要作用。钙钛矿层的形貌是影响钙钛矿层的重要因素，在钙钛矿的前驱体溶液中加入添加剂是提高钙钛矿薄膜形貌质量的最简单有效的方法。目前已报道的添加剂种类主要有聚合物、溶剂、富勒烯、纳米粒子、金属卤化物盐、无机酸、有机卤化物盐等，但是这些添加剂或致力于改善薄膜质量，或致力于提高薄膜或器件稳定性，不能用一种添加剂同时改善薄膜形貌和薄膜或器件稳定性。本发明中以NH4SCN为添加剂的作用是可以用一种添加剂同时提高薄膜质量例如，增加薄膜表面的光滑性，增大晶粒尺寸，提高薄膜覆盖率，减少晶界，减少针孔；提高钙钛矿结构，薄膜和器件的稳定性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提出一种针对应用于钙钛矿太阳能电池中薄膜质量差，薄膜或器件稳定性差，功率效率低，采用在钙钛矿前驱体溶液中添加适量具有阴阳离子协同效应的NH4SCN为添加剂，从而提高钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层薄膜质量，薄膜和器件的稳定性以及器件的效率。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：
一种具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用
(1)一种阳离子改善钙钛矿薄膜质量；
(2)一种阴离子加固钙钛矿的结构，使其更加稳定；
(3)使用NH4SCN添加剂同时含有(1)(2)所述阴阳离子，且两种离子可以同时增加钙钛矿薄膜的质量和稳定性，晶粒尺寸增大且分布均匀，薄膜表面更加光滑，针孔减少。
优选的，(1)NH4 +在钙钛矿形成过程中产生中间相，其促使形成大晶粒形态的钙钛矿晶粒，改善钙钛矿薄膜质量；
(2)SCN-与钙钛矿结构中的Pb2+配位，与H形成氢键，这可以加固钙钛矿的结构，使其更加稳定。
优选的，配置添加剂NH4SCN摩尔含量为2％—17％的钙钛矿前驱体溶液，并将其置于磁力搅拌器上常温下搅拌12h。
优选的，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法：
所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法：
(1)将切好的ITO导电玻璃进行清洗，顺序依次为乙醇、超纯水加入清洗剂、超纯水、乙醇中各超声10min，并且用氮气吹干，得到干净的导电玻璃基片；
(2)将上一步骤中的干净的导电玻璃基片用UV-O3处理15min；
(3)将PEDOT:PSS溶液在空气中以5000rpm旋涂在洁净的并事先用UV-O3处理过的ITO玻璃上，旋涂50s，后将其放在120℃热台上退火30min；
(4)称取461mg PbI2，159mg MAI和摩尔分数为2％-17％的 NH4SCN，溶解于1mL DMF和DMSO的混合溶剂中，VDMF:VDMSO＝4:1， 60℃搅拌至溶解得到钙钛矿前驱体溶液；
(5)将步骤(4)获得的前驱体溶液均匀滴在步骤(3)中已退火的 PEDOT:PSS薄膜上，第一步以1000rpm旋涂10s，后再以5000rpm 旋涂30s，第二步旋涂至第10s时滴加250μL氯苯作反溶剂，旋涂结束后在100℃热台上退火2min，在手套箱内操作；
(6)将PCBM溶解在氯苯中制备的溶液以1000rpm旋涂在钙钛矿薄膜上，旋涂60s，在手套箱内操作；
(7)将上述器件在高真空条件下分别蒸镀1nm LiF和100nm Al；在标准测试条件下，AM1.5G光照，对上述期间进行测试。
所述的具有阴阳离子协同效应的NH4SCN作添加剂制备钙钛矿太阳能电池。
所述的具有阴阳离子协同效应的NH4SCN作添加剂制备的钙钛矿太阳能电池在光电领域中的应用。
本发明的有益效果：以具有阴阳离子协同效应的NH4SCN为添加剂，同时提高了钙钛矿薄膜的质量例如，增加薄膜表面的光滑性，增大晶粒尺寸，提高薄膜覆盖率，减少晶界，减少针孔；提高钙钛矿结构，薄膜和器件的稳定性，提高器件的效率。找到了制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的最简便方法。
附图说明
下面结合附图对本发明的作进一步说明。
图1是本发明的钙钛矿太阳能电池结构示意图
图2是添加NH4SCN后的薄膜形貌图。
图3是添加NH4SCN后器件的J-V曲线。
具体实施方式
实施例
本实施例为具有阴阳离子协同效应的添加剂及其在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，具体步骤，包括：
步骤1)将切好的ITO导电玻璃进行清洗，顺序依次为乙醇、超纯水加入清洗剂、超纯水、乙醇中各超声10min。并且用氮气吹干，得到干净的导电玻璃基片。
步骤2)将上一步骤中的干净的导电玻璃基片用UV-O3处理15 min。
步骤3)将PEDOT:PSS溶液在空气中以5000rpm旋涂在洁净的并事先用UV-O3处理过的ITO玻璃上，旋涂50s，后将其放在120℃热台上退火30min。
步骤4)称取461mg PbI2，159mg MAI和摩尔分数为2％-17％的 NH4SCN(例：7.6mgNH4SCN摩尔分数10％)溶解于1mL DMF和 DMSO的混合溶剂中(VDMF:VDMSO＝4:1)60℃搅拌至溶解得到钙钛矿前驱体溶液。
步骤5)将步骤4)获得的前驱体溶液均匀滴在(3)中已退火的 PEDOT:PSS薄膜上，第一步以1000rpm旋涂10s，后再以5000rpm 旋涂30s，第二步旋涂至第10s时滴加250μL氯苯作反溶剂，旋涂结束后在100℃热台上退火2min，在手套箱内操作。
步骤6)将PCBM溶解在氯苯中制备的溶液以1000rpm旋涂在钙钛矿薄膜上，旋涂60s，在手套箱内操作。
步骤7)将上述器件在高真空条件下分别蒸镀1nm LiF和100nm Al。
步骤8)在标准测试条件下(AM1.5G光照)，本实例所制备的电池器件能量转换效率已总结在下表。
表1 NH4SCN做添加剂器件效率
本发明的不局限于上述实施例所述的具体技术方案，凡采用等同替换形成的技术方案均为本发明要求的保护范围。
Claims (6)
1.一种具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，其特征在于：
(1)一种阳离子改善钙钛矿薄膜质量；
(2)一种阴离子加固钙钛矿的结构，使其更加稳定；
(3)使用NH4SCN添加剂同时含有(1)(2)所述阴阳离子，且两种离子可以同时增加钙钛矿薄膜的质量和稳定性，晶粒尺寸增大且分布均匀，薄膜表面更加光滑，针孔减少。
2.根据权利要求1所述的具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，其特征在于：
(1)NH4 +在钙钛矿形成过程中产生中间相，其促使形成大晶粒形态的钙钛矿晶粒，改善钙钛矿薄膜质量；
(2)SCN-与钙钛矿结构中的Pb2+配位，与H形成氢键，这可以加固钙钛矿的结构，使其更加稳定。
3.根据权利要求1所述的具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，其特征在于：
配置添加剂NH4SCN摩尔含量为2％—17％的钙钛矿前驱体溶液，并将其置于磁力搅拌器上常温下搅拌12h。
4.根据权利要求1所述的具有阴阳离子协同效应的添加剂在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用，其特征在于：
所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法：
(1)将切好的ITO导电玻璃进行清洗，顺序依次为乙醇、超纯水加入清洗剂、超纯水、乙醇中各超声10min，并且用氮气吹干，得到干净的导电玻璃基片；
(2)将上一步骤中的干净的导电玻璃基片用UV-O3处理15min；
(3)将PEDOT:PSS溶液在空气中以5000rpm旋涂在洁净的并事先用UV-O3处理过的ITO玻璃上，旋涂50s，后将其放在120℃热台上退火30min；
(4)称取461mg PbI2，159mg MAI和摩尔分数为2％-17％的NH4SCN，溶解于1mL DMF和DMSO的混合溶剂中，VDMF:VDMSO＝4:1，60℃搅拌至溶解得到钙钛矿前驱体溶液；
(5)将步骤(4)获得的前驱体溶液均匀滴在步骤(3)中已退火的PEDOT:PSS薄膜上，第一步以1000rpm旋涂10s，后再以5000rpm旋涂30s，第二步旋涂至第10s时滴加250μL氯苯作反溶剂，旋涂结束后在100℃热台上退火2min，在手套箱内操作；
(6)将PCBM溶解在氯苯中制备的溶液以1000rpm旋涂在钙钛矿薄膜上，旋涂60s，在手套箱内操作；
(7)将上述器件在高真空条件下分别蒸镀1nm LiF和100nm Al；在标准测试条件下，AM1.5G光照，对上述期间进行测试。
5.根据权利要求1-5任一所述的具有阴阳离子协同效应的NH4SCN作添加剂制备钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求5所述的具有阴阳离子协同效应的NH4SCN作添加剂制备的钙钛矿太阳能电池在光电领域中的应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180810 |
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