CN111430549A - 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，钙钛矿吸光层由两种结构式为AX和BX₂的钙钛矿前驱体化合物相互反应而制成，在钙钛矿吸光层的组成材料中掺杂有UVP添加剂物质，该UVP添加剂包括对胺苯甲酸类衍生物、水杨酸酯类衍生物、二苯甲酮衍生物、亚苄基樟脑衍生物、三嗪类衍生物、苯基苯并咪唑衍生、苯基苯并三唑衍生物、咪唑啉衍生物、丙二酸亚苄酯衍生物、4,4‑二芳基丁二烯衍生物中的至少一种。本发明还公开该钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明提供紫外光吸收层的钙钛矿电池结构，吸收部分/全部紫外光，从而减少或消除因紫外光引发的离子迁移，提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，尤其是光照稳定性。

Description

一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池得到迅猛发展。钙钛矿太阳能电池的稳定性是阻碍钙钛矿太阳能电池商业化的最后一个壁垒，尤其是在紫外光下，钙钛矿内部离子迁移的加剧、钙钛矿与传输层界面光化学反应的加剧等因素导致了钙钛矿电池的衰减，钙钛矿太阳能电池的稳定性差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，提供一种掺杂有UVP添加剂物质的钙钛矿吸光层，吸收部分/全部紫外光，从而减少或消除因紫外光引发的离子迁移，提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，尤其是光照稳定性。

本发明是这样实现的，提供一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，钙钛矿吸光层由两种结构式为AX和BX₂的钙钛矿前驱体化合物相互反应而制成，在钙钛矿吸光层的组成材料中掺杂有UVP添加剂物质，该UVP添加剂包括对胺苯甲酸（PABA）类衍生物、水杨酸酯类衍生物、二苯甲酮衍生物、亚苄基樟脑衍生物、三嗪类衍生物、苯基苯并咪唑衍生、苯基苯并三唑衍生物、咪唑啉衍生物、丙二酸亚苄酯衍生物、4,4-二芳基丁二烯衍生物中的至少一种。

本发明是这样实现的，还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将钙钛矿前驱体AX和钙钛矿前驱体BX₂材料分开溶解在有机溶剂中，分别得到前驱体AX溶液和前驱体BX₂溶液，在前驱体AX溶液，和/或，前驱体BX₂溶液中加入UVP添加剂混合后分别得到含有UVP添加剂的前驱体AX混合液和含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种；

步骤二、将步骤一制备的前驱体BX₂溶液或含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液涂布基底上，在基底表面制备得到钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜；

步骤三、将步骤一制备的前驱体AX溶液或含有UVP添加剂的前驱体AX混合液涂布在步骤二制备的钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜表面上，其中，在步骤二和步骤三的使用的前驱体溶液中至少一种含有UVP添加剂，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

其中，在AX中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的一种阴离子；在BX₂中，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的至少一种阴离子，钙钛矿前驱体BX₂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；UVP添加剂物质含量小于等于前驱体BX₂摩尔量的10%。

本发明是这样实现的，还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤四、将钙钛矿前驱体AX和钙钛矿前驱体BX₂材料，以及UVP添加剂溶解在有机溶剂中，得到含有UVP添加剂的前驱体混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种；

步骤五、将步骤四制备的含有UVP添加剂的前驱体混合液涂布在基底上，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

其中，在AX中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的一种阴离子；在BX₂中，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的至少一种阴离子，钙钛矿前驱体BX₂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；UVP添加剂物质含量小于等于前驱体BX₂摩尔量的10%。

本发明是这样实现的，还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤六、将钙钛矿前驱体BX₂材料溶解在有机溶剂中，得到前驱体BX₂溶液，在前驱体BX₂溶液中加入UVP添加剂混合后得到含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种；

步骤七、将步骤六制备的前驱体BX₂溶液或含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液涂布在基底上，在基底表面制备得到钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜；

步骤八、将步骤七制得的基底置于薄膜蒸发成型腔体中，将钙钛矿前驱体AX粉末材料，或者，将钙钛矿前驱体AX粉末材料和UVP添加剂分别放入不同蒸发源中进行蒸发，其中，在步骤七使用的前驱体溶液和步骤八使用的蒸发材料中至少有一种含有UVP添加剂，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；其中，腔体内气压范围为10^-5Pa~10⁵Pa，基底的加热温度控制在30℃~250℃，反应时间控制在5min~120min，所制得的钙钛矿吸光层厚度为200nm~800nm；

其中，A为脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的一种阴离子，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子。

本发明是这样实现的，还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤九、将基底置于薄膜蒸发成型腔体中，将钙钛矿前驱体AX粉末材料、钙钛矿前驱体BX₂粉末材料和UVP添加剂分别放入不同蒸发源中进行蒸发，蒸发顺序为BX₂、AX、UVP共蒸，或者，先蒸发BX₂，再AX、UVP共蒸，或者，先BX₂、UVP共蒸，再蒸发AX，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；其中，腔体内气压范围为10^-8Pa~10⁵Pa，基底的加热温度控制在30℃~250℃，反应时间控制在5min~120min，所制得的钙钛矿吸光层厚度为200nm~800nm，AX的蒸发速率为0.1Å/s~10Å/s，BX₂的蒸发速率为0.1Å/s~10Å/s，UVP添加剂的蒸发速率为0.05Å/s~2Å/s；

其中，A为脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的一种阴离子，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子。

与现有技术相比，本发明的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，提供一种掺杂有UVP添加剂物质钙钛矿吸光层，可以起到提高钙钛矿太阳能电池紫外光稳定性以及全光谱光照稳定性的作用。该UVP添加剂为紫外吸收剂，可吸收或部分吸收波长在290nm~400nm范围内的紫外光，从而减少或消除由此范围内紫外光引发的离子迁移。而钙钛矿太阳能电池稳定性不佳的根本原因即是碘离子或其他可移动离子的离子迁移，此类UVP添加剂可从根本上减少或消除离子迁移，这对钙钛矿太阳能电池的稳定性及商业化进程至关重要。

附图说明

图1为本发明的实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的性能测试示意图；

图2为本发明的实施例1制备的钙钛矿太阳能电池与常规方式制备的钙钛矿太阳能电池的老化试验对比曲线示意图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明钙钛矿太阳能电池的较佳实施例，包括钙钛矿吸光层，钙钛矿吸光层由两种结构式为AX和BX₂的钙钛矿前驱体化合物相互反应而制成，在钙钛矿吸光层的组成材料中掺杂有UVP添加剂物质，该UVP添加剂包括对胺苯甲酸（PABA）类衍生物、水杨酸酯类衍生物、二苯甲酮衍生物、亚苄基樟脑衍生物、三嗪类衍生物、苯基苯并咪唑衍生、苯基苯并三唑衍生物、咪唑啉衍生物、丙二酸亚苄酯衍生物、4,4-二芳基丁二烯衍生物中的至少一种。

本发明还公开一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将钙钛矿前驱体AX和钙钛矿前驱体BX₂材料分开溶解在有机溶剂中，分别得到前驱体AX溶液和前驱体BX₂溶液，在前驱体AX溶液，和/或，前驱体BX₂溶液中加入UVP添加剂混合后分别得到含有UVP添加剂的前驱体AX混合液和含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种。

步骤二、通过旋涂、刮涂、狭缝式连续涂布、喷涂中任意一种加工方式将步骤一制备的前驱体BX₂溶液或含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液涂布基底上，在基底表面制备得到钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜。

步骤三、通过旋涂、刮涂、狭缝式连续涂布、喷涂中任意一种加工方式将步骤一制备的前驱体AX溶液或含有UVP添加剂的前驱体AX混合液涂布在步骤二制备的钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜表面上，其中，在步骤二和步骤三的使用的前驱体溶液中至少一种含有UVP添加剂，钙钛矿前驱体AX、钙钛矿前驱体BX₂和UVP添加剂相互反应，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层。

其中，在AX中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的一种阴离子；在BX₂中，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的至少一种阴离子，钙钛矿前驱体BX₂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；UVP添加剂物质含量小于等于前驱体BX₂摩尔量的10%。

本发明还公开一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤四、将钙钛矿前驱体AX和钙钛矿前驱体BX₂材料，以及UVP添加剂溶解在有机溶剂中，得到含有UVP添加剂的前驱体混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种。

步骤五、通过旋涂、刮涂、狭缝式连续涂布、喷涂中任意一种加工方式将步骤四制备的含有UVP添加剂的前驱体混合液涂布在基底上，钙钛矿前驱体AX、钙钛矿前驱体BX₂和UVP添加剂相互反应，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层。

其中，在AX中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的一种阴离子；在BX₂中，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的至少一种阴离子，钙钛矿前驱体BX₂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；在钙钛矿吸光层的组成材料中含有卤化物，UVP添加剂物质含量小于等于前驱体BX₂摩尔量的10%。

本发明还公开一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤六、将钙钛矿前驱体BX₂材料溶解在有机溶剂中，得到前驱体BX₂溶液，在前驱体BX₂溶液中加入UVP添加剂混合后得到含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种。

步骤七、通过旋涂、刮涂、狭缝式连续涂布、喷涂中任意一种加工方式将步骤六制备的前驱体BX₂溶液或含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液涂布在基底上，在基底表面制备得到钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜。

步骤八、将步骤七制得的基底置于薄膜蒸发成型腔体中，将钙钛矿前驱体AX粉末材料，或者，将钙钛矿前驱体AX粉末材料和UVP添加剂分别放入不同蒸发源中进行蒸发，其中，在步骤七使用的前驱体溶液和步骤八使用的蒸发材料中至少有一种含有UVP添加剂，控制钙钛矿前驱体AX粉末材料及UVP添加剂的加热温度，钙钛矿前驱体AX、钙钛矿前驱体BX₂和UVP添加剂相互反应，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；其中，腔体内气压范围为10^-5Pa~10⁵Pa，基底的加热温度控制在30℃~250℃，反应时间控制在5min~120min，所制得的钙钛矿吸光层厚度为200nm~800nm。

其中，A为脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的一种阴离子，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子。

本发明还公开一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤九、将基底置于薄膜蒸发成型腔体中，将钙钛矿前驱体AX粉末材料、钙钛矿前驱体BX₂粉末材料和UVP添加剂分别放入不同蒸发源中进行蒸发，控制钙钛矿前驱体AX粉末材料、钙钛矿前驱体BX₂粉末材料及UVP添加剂的加热温度和蒸发速率，蒸发顺序为BX₂、AX、UVP共蒸，或者，先蒸发BX₂，再AX、UVP共蒸，或者，先BX₂、UVP共蒸，再蒸发AX。钙钛矿前驱体AX、钙钛矿前驱体BX₂和UVP添加剂相互反应，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层。其中，腔体内气压范围为10^-8Pa~10⁵Pa，基底的加热温度控制在30℃~250℃，反应时间控制在5min~120min，所制得的钙钛矿吸光层厚度为200nm~800nm，AX的蒸发速率为0.1Å/s~10Å/s，BX₂的蒸发速率为0.1Å/s~10Å/s，UVP添加剂的蒸发速率为0.05Å/s~2Å/s。

其中，A为脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的一种阴离子，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子。

下面结合具体实施例来进一步说明本发明的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

实施例1

本发明的第一种钙钛矿太阳能电池的制备方法实施例，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和电极层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法为两步溶液法，包括如下步骤：

步骤11、将5cm×5cm的ITO玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min。

步骤12、在ITO玻璃板基片表面制备NiO_x薄膜作为空穴传输层。

步骤13、将461mg的PbI₂（1mmol）溶解于1mL的DMF溶液中，添加70.9uL的无水DMSO，并添加7.23mgUVP添加剂2-氰基-3,3-二苯基-2-丙烯酸-2-乙己酯（0.02mmol），50℃加热搅拌2h，混合完全后待用；将100mg的MAI溶解于1mL的IPA中，40℃加热搅拌1h，混合完全后待用。

步骤14、将掺杂有UVP添加剂卤化铅前驱体混合液旋涂在步骤12制备的基片上，旋涂60s；再旋涂步骤13制备的含MAI的IPA溶液，旋涂30s；100℃加热5min~10min，在基片的空穴传输层上得到掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层。

步骤15、在基片的掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层上沉积电子传输层PCBM，厚20nm~50nm。

步骤16、在电子传输层PCBM上蒸镀金属Ag电极层，制得钙钛矿太阳能电池。

实施例2

本发明的第二种钙钛矿太阳能电池的制备方法实施例，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法为一步溶液法，包括如下步骤：

步骤21、将5cm×5cm的透明玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min。

步骤22、在透明玻璃板基片表面通过溶液法制备电子传输层SnO₂。

步骤23、将0.461g的PbI₂、0.159g的MAI、10mg甘油对氨基苯甲酸酯、70.9uL的DMSO溶于1ml的DMF中，将掺杂有UVP添加剂卤化铅前驱体混合液通过旋涂法旋涂在步骤22制备的基片上，在基片的电子传输层上得到掺杂UVP添加剂的钙钛矿薄膜，旋涂过程中加入反溶剂CB，100℃退火5min~10min，得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层。

步骤24、通过溶液刮涂法在钙钛矿吸光层上制备PTAA空穴传输层。

步骤25、在PTAA空穴传输层上蒸镀电极层Au，制得钙钛矿太阳能电池。

实施例3

本发明的第三种钙钛矿太阳能电池的制备方法实施例，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和导电层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法为气相溶液辅助法，包括如下步骤：

步骤31、将5cm×5cm的ITO玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min。

步骤32、在ITO玻璃板基片表面制备CuSCN薄膜作为空穴传输层。

步骤33、将461mg的PbI₂（1mmol）溶解于1mL的DMF溶液中，添加70.9uL的无水DMSO，并添加7.23mgUVP添加剂2-氰基-3,3-二苯基-2-丙烯酸-2-乙己酯（0.02mmol），60℃加热搅拌2h，混合完全后待用。

步骤34、使用旋涂法将步骤33制备的掺杂有UVP添加剂卤化铅前驱体混合液旋涂在步骤12制备的基片上，在基片的空穴传输层上得到掺杂有UVP添加剂的PbI₂层。

步骤35、将步骤34制备的基片放置于薄膜蒸发成型腔内，控制气压在10^-8Pa~10⁵Pa，加热MAI，使MAI蒸汽与卤化铅进行反应，在基片的空穴传输层上制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层。

步骤36、在基片的掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层上沉积电子传输层PCBM，厚20nm~50nm。

步骤37、在电子传输层PCBM上蒸镀金属Ag电极层，制得钙钛矿太阳能电池。

实施例4

本发明的第四种钙钛矿太阳能电池的制备方法实施例，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和导电层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法为共蒸发法，包括如下步骤：

步骤41、将4cm×4cm的ITO玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min。

步骤42、在ITO玻璃板基片表面制备SnO₂薄膜作为电子传输层。

步骤43、将步骤42制备的基片放入真空舱内，沉积有电子传输层的一侧朝向蒸发源，将PbI₂、MAI、戊烷基二甲对胺基苯甲酸放置于不同蒸发源，利用真空泵控制气压在10^{- 8}Pa~10⁵Pa，控制蒸发速率0.05Å/s~2Å/s，在基片表面制备得到掺杂有UVP的钙钛矿吸光层。

步骤44、通过溶液旋涂法在基片的掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层上沉积Sprio-OMeTAD作为空穴传输层。

步骤45、在空穴传输层上蒸镀金属Au电极层，制得钙钛矿太阳能电池。

将实施例1制备的钙钛矿太阳能电池进行性能测试，得到如图1所示性能曲线，从图1可以看出，掺杂UVP添加剂对钙钛矿太阳能电池效率没有不好的影响，能量转换效率达18%。

将实施例1制备的钙钛矿太阳能电池（掺杂UVP添加剂的器件）进行老化试验，与常规方式制备的钙钛矿太阳能电池（标准器件、不含UVP添加剂的器件）也进行老化试验，得到如图2所示的老化试验对比曲线示意图，具有UVP添加剂的钙钛矿太阳能电池光照1000h后无明显衰减，效率为初始效率的101.1%；而无UVP添加剂的钙钛矿太阳能电池350h衰减至初始效率的75%以下。因此，UVP添加剂的添加显著提升了钙钛矿太阳电池的光照稳定性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，钙钛矿吸光层由两种结构式为AX和BX₂的钙钛矿前驱体化合物相互反应而制成，其特征在于，在钙钛矿吸光层的组成材料中掺杂有UVP添加剂物质，该UVP添加剂包括对胺苯甲酸（PABA）类衍生物、水杨酸酯类衍生物、二苯甲酮衍生物、亚苄基樟脑衍生物、三嗪类衍生物、苯基苯并咪唑衍生、苯基苯并三唑衍生物、咪唑啉衍生物、丙二酸亚苄酯衍生物、4,4-二芳基丁二烯衍生物中的至少一种。

2.一种如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、将钙钛矿前驱体AX和钙钛矿前驱体BX₂材料分开溶解在有机溶剂中，分别得到前驱体AX溶液和前驱体BX₂溶液，在前驱体AX溶液，和/或，前驱体BX₂溶液中加入UVP添加剂混合后分别得到含有UVP添加剂的前驱体AX混合液和含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种；

步骤二、将步骤一制备的前驱体BX₂溶液或含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液涂布基底上，在基底表面制备得到钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜；

步骤三、将步骤一制备的前驱体AX溶液或含有UVP添加剂的前驱体AX混合液涂布在步骤二制备的钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜表面上，其中，在步骤二和步骤三的使用的前驱体溶液中至少一种含有UVP添加剂，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

其中，在AX中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的一种阴离子；在BX₂中，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的至少一种阴离子，钙钛矿前驱体BX₂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；UVP添加剂物质含量小于等于前驱体BX₂摩尔量的10%。

3.如权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和电极层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：

步骤11、将5cm×5cm的ITO玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min；

步骤12、在ITO玻璃板基片表面制备NiO_x薄膜作为空穴传输层；

步骤13、将461mg的PbI₂（1mmol）溶解于1mL的DMF溶液中，添加70.9uL的无水DMSO，并添加7.23mgUVP添加剂2-氰基-3,3-二苯基-2-丙烯酸-2-乙己酯（0.02mmol），50℃加热搅拌2h，混合完全后待用；将100mg的MAI溶解于1mL的IPA中，40℃加热搅拌1h，混合完全后待用；

步骤14、将掺杂有UVP添加剂卤化铅前驱体混合液旋涂在步骤12制备的基片上，旋涂60s；再旋涂步骤13制备的含MAI的IPA溶液，旋涂30s；100℃加热5min~10min，在基片的空穴传输层上得到掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

步骤15、在基片的掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层上沉积电子传输层PCBM，厚20nm~50nm；

步骤16、在电子传输层PCBM上蒸镀金属Ag电极层，制得钙钛矿太阳能电池。

4.一种如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤四、将钙钛矿前驱体AX和钙钛矿前驱体BX₂材料，以及UVP添加剂溶解在有机溶剂中，得到含有UVP添加剂的前驱体混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种；

步骤五、将步骤四制备的含有UVP添加剂的前驱体混合液涂布在基底上，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

其中，在AX中，A为铯、铷、胺基、脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹中的一种阴离子；在BX₂中，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的至少一种阴离子，钙钛矿前驱体BX₂的浓度为0.5mol/L~2mol/L；UVP添加剂物质含量小于等于前驱体BX₂摩尔量的10%。

5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：

步骤21、将5cm×5cm的透明玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min；

步骤22、在透明玻璃板基片表面通过溶液法制备电子传输层SnO₂；

步骤23、将0.461g的PbI₂、0.159g的MAI、10mg甘油对氨基苯甲酸酯、70.9uL的DMSO溶于1ml的DMF中，将掺杂有UVP添加剂卤化铅前驱体混合液通过旋涂法旋涂在步骤22制备的基片上，在基片的电子传输层上得到掺杂UVP添加剂的钙钛矿薄膜，旋涂过程中加入反溶剂CB，100℃退火5min~10min，得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

步骤24、通过溶液刮涂法在钙钛矿吸光层上制备PTAA空穴传输层；

步骤25、在PTAA空穴传输层上蒸镀电极层Au，制得钙钛矿太阳能电池。

6.一种如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤六、将钙钛矿前驱体BX₂材料溶解在有机溶剂中，得到前驱体BX₂溶液，在前驱体BX₂溶液中加入UVP添加剂混合后得到含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液；其中，有机溶剂为酰胺类溶剂、砜类/亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类、卤代烃类溶剂、醇类溶剂、酮类溶剂、醚类溶剂、芳香烃溶剂中的任意一种，或者为N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、N-甲基吡咯烷酮（NMP）、γ-丁内酯（GBL）中的任意一种；

步骤七、将步骤六制备的前驱体BX₂溶液或含有UVP添加剂的前驱体BX₂混合液涂布在基底上，在基底表面制备得到钙钛矿前驱体BX₂薄膜或掺杂有UVP添加剂的钙钛矿前驱体BX₂薄膜；

步骤八、将步骤七制得的基底置于薄膜蒸发成型腔体中，将钙钛矿前驱体AX粉末材料，或者，将钙钛矿前驱体AX粉末材料和UVP添加剂分别放入不同蒸发源中进行蒸发，其中，在步骤七使用的前驱体溶液和步骤八使用的蒸发材料中至少有一种含有UVP添加剂，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；其中，腔体内气压范围为10^-5Pa~10⁵Pa，基底的加热温度控制在30℃~250℃，反应时间控制在5min~120min，所制得的钙钛矿吸光层厚度为200nm~800nm；

其中，A为脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的一种阴离子，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子。

7.如权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和导电层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：

步骤31、将5cm×5cm的ITO玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min；

步骤32、在ITO玻璃板基片表面制备CuSCN薄膜作为空穴传输层；

步骤33、将461mg的PbI₂（1mmol）溶解于1mL的DMF溶液中，添加70.9uL的无水DMSO，并添加7.23mgUVP添加剂2-氰基-3,3-二苯基-2-丙烯酸-2-乙己酯（0.02mmol），60℃加热搅拌2h，混合完全后待用；

步骤34、使用旋涂法将步骤33制备的掺杂有UVP添加剂卤化铅前驱体混合液旋涂在步骤12制备的基片上，在基片的空穴传输层上得到掺杂有UVP添加剂的PbI₂层；

步骤35、将步骤34制备的基片放置于薄膜蒸发成型腔内，控制气压在10^-8Pa~10⁵Pa，加热MAI，使MAI蒸汽与卤化铅进行反应，在基片的空穴传输层上制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；

步骤36、在基片的掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层上沉积电子传输层PCBM，厚20nm~50nm；

步骤37、在电子传输层PCBM上蒸镀金属Ag电极层，制得钙钛矿太阳能电池。

8.一种如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤九、将基底置于薄膜蒸发成型腔体中，将钙钛矿前驱体AX粉末材料、钙钛矿前驱体BX₂粉末材料和UVP添加剂分别放入不同蒸发源中进行蒸发，蒸发顺序为BX₂、AX、UVP共蒸，或者，先蒸发BX₂，再AX、UVP共蒸，或者，先BX₂、UVP共蒸，再蒸发AX，在基底表面制备得到掺杂有UVP添加剂的钙钛矿吸光层；其中，腔体内气压范围为10^-8Pa~10⁵Pa，基底的加热温度控制在30℃~250℃，反应时间控制在5min~120min，所制得的钙钛矿吸光层厚度为200nm~800nm，AX的蒸发速率为0.1Å/s~10Å/s，BX₂的蒸发速率为0.1Å/s~10Å/s，UVP添加剂的蒸发速率为0.05Å/s~2Å/s；

其中，A为脒基或者碱族金属中的任意一种一价阳离子，X为碘、溴、氯、砹、硫氰根、醋酸根中的一种阴离子，B为铅、锡、钨、铜、锌、镓、锗、砷、硒、铑、钯、银、镉、铟、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铋、钋中的任意一种二价金属阳离子。

9.如权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的组成结构从下往上依次包括基片、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和导电层，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：

步骤41、将4cm×4cm的ITO玻璃板基片依次经洗洁精、去离子水、丙酮、异丙醇超声各清洗30min，再用N₂吹干后经UV O-zone处理10min；

步骤42、在ITO玻璃板基片表面制备SnO₂薄膜作为电子传输层；

步骤43、将步骤42制备的基片放入真空舱内，沉积有电子传输层的一侧朝向蒸发源，将PbI₂、MAI、戊烷基二甲对胺基苯甲酸放置于不同蒸发源，利用真空泵控制气压在10^-8Pa~10⁵Pa，控制蒸发速率0.05Å/s~2Å/s，在基片表面制备得到掺杂有UVP的钙钛矿吸光层；

步骤44、通过溶液旋涂法在基片的掺杂UVP添加剂的钙钛矿吸光层上沉积Sprio-OMeTAD作为空穴传输层；

步骤45、在空穴传输层上蒸镀金属Au电极层，制得钙钛矿太阳能电池。

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