CN111584716A - 热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法 - Google Patents

热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，属于有机‑无机杂化钙钛矿太阳电池领域。该方法通过对二维杂化钙钛矿太阳电池置于惰性气体环境中进行持续加热合并光照处理，大幅度提高了太阳电池的光电转换效率。这对于高性能二维钙钛矿太阳电池的制备具有十分重要的价值。

Description

热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法
技术领域
本发明属于有机-无机杂化钙钛矿太阳电池制备领域，具体涉及一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法。
技术背景
随着三维有机-无机杂化钙钛矿太阳电池效率的不断提高，其稳定性也受到了越来越多的关注。二维钙钛矿材料具有比三维钙钛矿更好的耐潮湿特性，但基于二维钙钛矿的太阳电池效率却低于三维钙钛矿太阳电池。
提高二维钙钛矿太阳电池效率的关键在于制备高质量低缺陷密度二维钙钛矿薄膜。在制备高质量低缺陷密度二维钙钛矿薄膜方面，目前主要采用热旋涂、添加剂或者混合溶剂等方法，一方面可以实现二维钙钛矿薄膜中晶粒垂直于基底取向生长，有利于光生载流子的快速传输，另一方面可以获得大的晶粒以减少晶界，以及晶界处的缺陷，降低薄膜内的缺陷密度，降低非辐射复合。目前，还没有关于对二维钙钛矿太阳电池器件进行热和光的合并后处理，以提高电池效率的公开报道。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，并提供一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法。该方法通过对二维杂化钙钛矿太阳电池进行持续加热合并光照处理，大幅度提高了太阳电池的光电转换效率。这对于高性能二维钙钛矿太阳电池的制备具有十分重要的价值。
本发明具体采用的技术方案如下：
一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其过程为：在惰性气体环境中对二维杂化钙钛矿太阳电池进行持续加热的同时辅以持续的光照处理。
作为优选，所述的二维杂化钙钛矿太阳电池以二维杂化钙钛矿为太阳电池的光吸收层。
作为优选，所述的持续加热合并光照处理的条件范围为：加热温度为50～120℃，光照强度为0.01～20mW/cm2，处理时间为5～200小时。
作为优选，所述的惰性气体为氮气或者氩气。
作为优选，所述的二维杂化钙钛矿的化学结构为A2Bn-1MnX3n+1或ABn-1MnX3n+1，其中3≤n≤10。
作为优选，所述的M为铅离子，X为碘离子或碘离子与氯离子的混合，B为甲胺或甲脒阳离子，A为正丁胺(BA)、苯乙胺(PEA)、苯甲胺(PA)、异丁胺(iso-BA)、胍(GA)、丁二胺(BDA)、丙二胺(PDA)阳离子的一种或两种的混合。
作为优选，所述的A为两种阳离子混合，两种阳离子混合比例以摩尔比计，为0.01:0.99～0.3:0.7。
作为优选，所述的X为碘/氯离子的混合时，碘/氯离子混合比例以摩尔比计，为0.99:0.01～0.5:0.5。
该方法通过对二维杂化钙钛矿太阳电池置于惰性气体环境中进行持续加热合并光照处理，大幅度提高了太阳电池的光电转换效率。这对于高性能二维钙钛矿太阳电池的制备具有十分重要的价值。
具体实施方式
热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其过程为：将二维杂化钙钛矿太阳电池放置于光照下，并同时进行加热处理，气氛环境为惰性气体。加热温度范围为50～120℃，光照强度为0.01～20mW/cm2，时间为5～200小时。太阳电池中的二维杂化钙钛矿的化学结构为A2Bn-1MnX3n+1或ABn-1MnX3n+1，其中3≤n≤10，M为铅离子，X为碘离子或碘离子与氯离子的混合，B为甲胺(MA)或甲脒(FA)阳离子，A为正丁胺(BA)、苯乙胺(PEA)、苯甲胺(PA)、异丁胺(iso-BA)、胍(GA)、丁二胺(BDA)、丙二胺(PDA)阳离子的一种或两种的混合。
本发明通过加热和光照的结合，缓解界面应力，避免离子的迁移与聚集，从而提高钙钛矿薄膜质量，减少缺陷，有效避免非辐射复合，进而实现光伏器件效率的提升。
下面基于上述制备方法，通过如下实施例对本发明作进一步的详述：
实施例1：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为正丁胺阳离子，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，0.01mW/cm2光照下，并同时进行50℃加热处理，处理时间200小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝5，器件吸光层化学式为BA2MA4Pb5I16。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表1-1给出了该器件在光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表1-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表1-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表1-1和表1-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表1-1与表1-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表1-1
时间(小时) 0 40 80 120 160 200
效率(％) 9.42 11.94 13.41 14.51 15.37 15.83
表1-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 9.45 8.22 7.31 6.56 5.48 4.74
表1-3
时间(小时) 0 40 80 120 160 200
效率(％) 9.38 9.32 9.46 9.41 9.52 9.34
本实施例中，以n＝5的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例2：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为苯乙胺阳离子，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，20mW/cm2光照下，并同时进行120℃加热处理，处理时间5小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝6，器件吸光层化学式为PEA2MA5Pb6I19。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表2-1给出了该器件在光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表2-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表2-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表2-1和表2-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表2-1与表2-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表2-1
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 11.02 13.28 15.17 16.09 16.89 17.25
表2-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 11.07 10.18 9.21 8.08 7.24 6.05
表2-3
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 11.12 11.18 11.01 11.13 11.03 11.15
本实施例中，以n＝6的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例3：
将光吸收层为A2Bn-1Pbn(I0.99Cl0.01)3n+1的(A为异丁胺阳离子，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氩气气氛中，10mW/cm2光照下，并同时进行100℃加热处理，处理时间40小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝10，器件吸光层化学式为(iso-BA)2MA9Pb10(I0.99Cl0.01)31。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表3-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表3-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表3-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表3-1和表3-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表3-1与表3-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表3-1
时间(小时) 0 8 16 24 32 40
效率(％) 10.33 12.36 13.76 14.89 15.77 16.32
表3-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 10.41 9.22 8.14 7.26 6.35 5.12
表3-3
时间(小时) 0 8 16 24 32 40
效率(％) 10.36 10.24 10.33 10.25 10.18 10.32
本实施例中，以n＝10的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例4：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为苯甲胺阳离子，B为甲脒阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，5mW/cm2光照下，并同时进行70℃加热处理，处理时间60小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝3，器件吸光层化学式为PA2FA2Pb3I9。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表4-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表4-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表4-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表4-1和表4-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表4-1与表4-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表4-1
时间(小时) 0 12 24 36 48 60
效率(％) 7.46 9.21 10.97 12.41 13.65 14.01
表4-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 7.4 6.32 5.51 4.33 3.84 3.45
表4-3
时间(小时) 0 12 24 36 48 60
效率(％) 7.44 7.49 7.37 7.35 7.52 7.43
本实施例中，以n＝3的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例5：
将光吸收层为ABn-1PbnI3n+1的(A为丁二胺阳离子，B为甲脒阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，1mW/cm2光照下，并同时进行60℃加热处理，处理时间80小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝8，器件吸光层化学式为BDAFA7Pb8I25。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表5-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表5-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表5-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表5-1和表5-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表5-1与表5-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表5-1
时间(小时) 0 15 30 45 60 80
效率(％) 13.58 14.85 15.94 16.57 16.86 16.95
表5-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 13.54 11.85 10.54 9.46 8.58 7.64
表5-3
时间(小时) 0 15 30 45 60 80
效率(％) 13.49 13.68 13.53 13.41 13.42 13.62
本实施例中，以n＝8的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例6：
将光吸收层为ABn-1PbnI3n+1的(A为丙二胺阳离子，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，15mW/cm2光照下，并同时进行80℃加热处理，处理时间120小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝6，器件吸光层化学式为PDAMA5Pb6I19。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表6-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表6-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表6-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表6-1和表6-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表6-1与表6-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表6-1
时间(小时) 0 24 48 72 96 120
效率(％) 12.74 13.86 15.07 16.13 16.76 17.16
表6-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 12.78 11.42 10.31 9.47 8.31 7.59
表6-3
时间(小时) 0 24 48 72 96 120
效率(％) 12.68 12.48 12.52 12.73 12.54 12.66
本实施例中，以n＝6的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例7：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为苯乙胺、正丁胺阳离子以摩尔比0.01:0.99的混合，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氩气气氛中，1.5mW/cm2光照下，并同时进行90℃加热处理，处理时间180小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝5，器件吸光层化学式为(BA0.99PEA0.01)2MA4Pb5I16。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表7-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表7-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表7-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表7-1和表7-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表7-1与表7-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表7-1
时间(小时) 0 40 80 120 160 180
效率(％) 11.13 13.34 15.47 16.24 16.79 16.91
表7-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 11.1 10.18 8.94 7.88 6.79 5.96
表7-3
时间(小时) 0 40 80 120 160 180
效率(％) 11.08 11.04 11.22 11.17 11.1 11.18
本实施例中，以n＝5的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例8：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为苯乙胺、正丁胺阳离子以摩尔比0.3:0.7的混合，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，2mW/cm2光照下，并同时进行110℃加热处理，处理时间40小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中当n＝7，器件吸光层化学式为(BA0.7PEA0.3)2MA6Pb7I22。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表8-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表8-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表8-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表8-1和表8-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表8-1与表8-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表8-1
时间(小时) 0 8 16 24 32 40
效率(％) 10.33 12.36 13.76 14.89 15.77 16.32
表8-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 10.25 9.11 8.08 7.21 6.37 5.52
表8-3
时间(小时) 0 8 16 24 32 40
效率(％) 10.27 10.22 10.45 10.19 10.37 10.31
本实施例中，以n＝7的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例9：
将光吸收层为A2Bn-1Pbn(I0.5Cl0.5)3n+1的(A为苯甲胺、异丁胺阳离子以摩尔比0.3:0.7的混合，B为甲脒阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，8mW/cm2光照下，并同时进行65℃加热处理，处理时间15小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝9，器件吸光层化学式为(iso-BA0.7PA0.3)2FA8Pb9(I0.5Cl0.5)28。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表9-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表9-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表9-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表9-1和表9-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表9-1与表9-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表9-1
时间(小时) 0 3 6 9 12 15
效率(％) 8.45 10.65 12.54 13.29 14.45 14.62
表9-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 8.37 7.21 6.18 5.24 4.67 4.03
表9-3
时间(小时) 0 3 6 9 12 15
效率(％) 8.28 8.05 8.37 8.16 8.23 8.22
本实施例中，以n＝9的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例10：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为胍、正丁胺阳离子以摩尔比0.1:0.9的混合，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，0.5mW/cm2光照下，并同时进行65℃加热处理，处理时间150小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝4，器件吸光层化学式为(BA0.9GA0.1)2MA3Pb4I13。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表10-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表10-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表10-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表10-1和表10-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表10-1与表10-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表10-1
时间(小时) 0 30 60 90 120 150
效率(％) 7.83 9.71 11.66 13.34 14.35 14.53
表10-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 7.86 6.96 6.03 4.97 4.63 4.42
表10-3
时间(小时) 0 30 60 90 120 150
效率(％) 7.87 7.72 7.65 7.88 7.91 7.69
本实施例中，以n＝4的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例11：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为胍、苯乙胺阳离子以摩尔比0.2:0.8的混合，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，0.1mW/cm2光照下，并同时进行95℃加热处理，处理时间100小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝7，器件吸光层化学式为(PEA0.8GA0.2)2MA6Pb7I22。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表11-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表11-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表11-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表11-1和表11-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表11-1与表11-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表11-1
时间(小时) 0 20 40 60 80 100
效率(％) 13.27 14.63 15.87 16.68 17.21 17.39
表11-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 13.36 11.53 9.84 8.62 7.74 6.81
表11-3
时间(小时) 0 20 40 60 80 100
效率(％) 13.23 13.17 13.22 13.32 13.35 13.24
本实施例中，以n＝7的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例12：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为胍、异丁胺阳离子以摩尔比0.15:0.85的混合，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氩气气氛中，15mW/cm2光照下，并同时进行55℃加热处理，处理时间140小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝5，器件吸光层化学式为(iso-BA0.85GA0.15)2MA4Pb5I16。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表12-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表12-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表12-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表12-1和表12-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表12-1与表12-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表12-1
时间(小时) 0 30 60 90 120 140
效率(％) 11.47 13.71 15.44 16.79 17.45 17.51
表12-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 11.23 9.56 7.75 6.26 5.47 4.85
表12-3
时间(小时) 0 30 60 90 120 140
效率(％) 11.43 11.32 11.43 11.51 11.56 11.44
本实施例中，以n＝5的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例13：
将光吸收层为A2Bn-1PbnI3n+1的(A为胍、苯甲胺阳离子以摩尔比0.05:0.95的混合，B为甲脒阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，12mW/cm2光照下，并同时进行105℃加热处理，处理时间35小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝4，器件吸光层化学式为(PA0.95GA0.05)2FA3Pb4I13。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表13-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表13-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表13-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表13-1和表13-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表13-1与表13-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表13-1
时间(小时) 0 7 14 21 28 35
效率(％) 9.79 11.68 13.25 14.46 15.21 15.42
表13-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 9.68 8.50 7.55 6.71 5.78 4.89
表13-3
时间(小时) 0 7 14 21 28 35
效率(％) 9.83 9.68 9.57 9.74 9.86 9.92
本实施例中，以n＝4的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例14：
将光吸收层为ABn-1Pbn(I0.8Cl0.2)3n+1的(A为胍、丁二胺阳离子以摩尔比0.1:0.9的混合，B为甲脒阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氩气气氛中，0.8mW/cm2光照下，并同时进行115℃加热处理，处理时间45小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝8，器件吸光层化学式为(BDA0.9GA0.1)FA7Pb8(I0.8Cl0.2)25。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表14-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表14-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表14-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表14-1和表14-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表14-1与表14-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表14-1
时间(小时) 0 9 18 27 36 45
效率(％) 14.03 14.89 15.75 16.41 16.98 17.16
表14-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 14.17 11.24 9.43 8.51 7.47 6.29
表14-3
时间(小时) 0 9 18 27 36 45
效率(％) 14.06 14.13 14.17 14.03 14.09 14.11
本实施例中，以n＝8的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
实施例15：
将光吸收层为ABn-1PbnI3n+1的(A为胍、丙二胺阳离子以摩尔比0.3:0.7的混合，B为甲胺阳离子，3≤n≤10)二维钙钛矿太阳电池器件放置于氮气气氛中，6mW/cm2光照下，并同时进行75℃加热处理，处理时间75小时，可以实现器件光电转换效率的提高。本实施例中n＝7，器件吸光层化学式为(PDA0.7GA0.3)MA6Pb7I22。
另外，为了与光热协同处理形成对比，本实施例中还设置了单独光处理和单独加热处理的两组对照试验。其中，单独光处理的做法与本实施例相比，区别在于器件光照时保持室温，不加热，其余做法和参数均与实施例相同；单独加热处理的做法与本实施例相比，区别在于器件在无光照的情况下进行加热处理，其余做法和参数均与实施例相同。
表15-1给出了光热处理过程中效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率不断提高。表15-2给出了仅仅加热处理效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率迅速下降。表15-3给出了非加热(室温)情况下光照时，效率随时间的变化，可以看到随着处理时间的延长，器件效率几乎没有变化。表15-1和表15-2比较，体现出在同样的加热温度条件下，光照对于修复器件，维持器件效率的作用。表15-1与表15-3比较，体现出在同样的光照条件下，加热对于光照修复现象的激活作用。
表15-1
时间(小时) 0 15 30 45 60 75
效率(％) 11.84 13.62 15.14 16.09 16.73 16.92
表15-2
时间(小时) 0 1 2 3 4 5
效率(％) 11.93 9.53 7.84 6.62 5.74 4.81
表15-3
时间(小时) 0 15 30 45 60 75
效率(％) 11.8 11.96 11.83 11.79 11.88 11.9
本实施例中，以n＝7的光吸收层为例，但实际上只要3≤n≤10范围内，具有相应光吸收层的二维钙钛矿太阳电池器件也均可以在热激活辅助光照下实现器件光电转换效率的提高。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于过程为：在惰性气体环境中对二维杂化钙钛矿太阳电池进行持续加热的同时辅以持续的光照处理。
2.根据权利要求1所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的二维杂化钙钛矿太阳电池以二维杂化钙钛矿为太阳电池的光吸收层。
3.根据权利要求1所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的持续加热合并光照处理的条件范围为：加热温度为50～120℃，光照强度为0.01～20mW/cm2，处理时间为5～200小时。
4.根据权利要求1所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的惰性气体为氮气或者氩气。
5.根据权利要求1所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的二维杂化钙钛矿的化学结构为A2Bn-1MnX3n+1或ABn-1MnX3n+1，其中3≤n≤10。
6.根据权利要求4所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的M为铅离子，X为碘离子或碘离子与氯离子的混合，B为甲胺(MA)或甲脒(FA)阳离子，A为正丁胺(BA)、苯乙胺(PEA)、苯甲胺(PA)、异丁胺(iso-BA)、胍(GA)、丁二胺(BDA)、丙二胺(PDA)阳离子的一种或两种的混合。
7.根据权利要求1所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的A为两种阳离子混合，两种阳离子混合比例以摩尔比计，为0.01:0.99～0.3:0.7。
8.根据权利要求1所述的一种热激活辅助光修复二维杂化钙钛矿太阳电池的方法，其特征在于所述的X为碘离子和氯离子的混合物，以摩尔比计，碘离子和氯离子混合比例为0.99:0.01～0.5:0.5。
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