CN111785837A - 一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 - Google Patents

一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 Download PDF

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朱文静
程阳凤
陈淑芬
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Abstract

本发明公开了一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用，该薄膜包括有机脒分子和钙钛矿，钙钛矿种类为ASnX3，其中A为CH3NH3 +或NH2CH＝NH2 +中的一种或两种；X至少为I‑、Br‑或Cl‑中的一种；该薄膜的制备方法包括以下步骤：(S1)制备锡基钙钛矿前驱体溶液：将钙钛矿、有机脒分子溶解到有机溶剂中即得到锡基钙钛矿前驱体溶液；(S2)将所述锡基钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上并热处理，即得到锡基钙钛矿薄膜；该薄膜能够作为光吸收层应用到太阳能电池中。该薄膜能够有效抑制锡元素氧化，提高薄膜的结晶度和稳定性，平整性好，有利于与空穴传输层接触，减少在界面处的载流子复合，提高器件的光电转化效率，原料廉价易得，制备方法简单。

Description

一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及一种钙钛矿薄膜及其制备方法与应用，更具体地，涉及一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法与应用。
背景技术
太阳能电池是一种利用光伏效应将光能转化为电能的器件，其中基于溶液法加工的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池原料廉价、制备工艺简单，认证效率高达 25.2％，达到了与传统晶硅太阳能电池相近的效率水平，但是此类钙钛矿太阳能电池含有有毒元素铅，这大大地限制了它的商业化使用前景，而锡基钙钛矿太阳能电池是非铅钙钛矿太阳能电池的一种，其毒性低，光电性能优异，有望取代铅钙钛矿太阳能电池，然而目前的锡基钙钛矿材料，稳定性较差，锡元素易由+2 价氧化成+4价，造成材料的晶体结构破坏，降低器件性能。因此，目前的锡基钙钛矿材料制备过程中需要严格控制材料制备过程的水氧条件，或者营造还原性气体氛围，增加了锡基钙钛矿太阳能电池的制备难度，制备成本较高，效果重复性较差。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种结晶性好、稳定性好、制备成本低的锡基钙钛矿薄膜，本发明的另一目的是提供该锡基钙钛矿薄膜的制备方法，本发明的另一目的是提供该锡基钙钛矿薄膜的应用。
技术方案：本发明所述一种锡基钙钛矿薄膜，包括有机脒分子和钙钛矿，钙钛矿种类为ASnX3，其中A为CH3NH3 +或NH2CH＝NH2 +中的一种或两种；X至少为I-、Br-或Cl-中的一种。
其中，有机脒分子与钙钛矿的质量比为0.1％-10％，优选为0.5％-1.5％；有机脒分子结构为：
Figure BDA0002501279640000011
其中，R1，R2，R3，R4各自独立的选自H、OH、C1-C10的烷基、C1-C10 的烷氧基、C1-C10的酯基、C1-C10的羧基、C1-C10的醇羟基以及被上述任一基团取代的芳基或者杂芳基；R1和R4通过C2-C10的烷基或烷氧基连接成环； R2和R3通过C2-C10的烷基或烷氧基连接成环。
其中，有机脒分子结构为：
Figure BDA0002501279640000021
其中，有机脒分子为1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
本发明所述一种锡基钙钛矿薄膜的制备方法包括以下步骤：
(S1)制备锡基钙钛矿前驱体溶液：将钙钛矿、有机脒分子溶解到有机溶剂中即得到锡基钙钛矿前驱体溶液，有机溶剂为DMF和DMSO中的一种或两种，有机溶剂的摩尔浓度为0.5-1.5M；
(S2)将所述锡基钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上并热处理，即得到锡基钙钛矿薄膜。
其中，步骤S1中DMF和DMSO质量比为2～5:1；步骤S2中旋涂的旋转速度为2000-5000rpm，热处理温度为50-100℃，热处理时间为5-30min。
本发明所述的锡基钙钛矿薄膜在太阳能电池器件中作为光吸收层，
有益效果：本发明与现有技术相比，其显著优点是：1、能够有效抑制锡元素氧化，提高薄膜的结晶度，并提高其稳定性；2、薄膜结晶度高、平整性好，有利于与空穴传输层接触，减少在界面处的载流子复合，提高器件的光电转化效率，因而能够作为光吸收层应用到太阳能电池器件中，其光电转化效率高达 7.16％；3、原料廉价易得，制备成本低；4、制备方法简单。
附图说明
图1是实施例1与对比例中的前驱体溶液颜色随时间的变化图；
图2是实施例1和对比例中锡基钙钛矿薄膜的X射线衍射图；
图3是实施例1和对比例中锡基钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压测试曲线。
具体实施方式
实施例1
配制锡基钙钛矿前驱体溶液：将0.129g FAI、0.040g MAI、0.372g SnI2、 0.016gSnF2溶解在1mL体积比为4：1的DMF和DMSO混合溶液中。随后加入5.4mg 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯，将其置于磁力搅拌器上搅拌30min，形成添加了1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液，1,8- 二氮杂二环十一碳-7-烯与钙钛矿质量比为1％；在清洗干净的ITO导电玻璃表旋涂PEDOT:PSS空穴传输层，厚度40nm，旋涂时转速为4000rpm，退火温度为 120℃，退火时间为30min，将添加有1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上，其中旋涂时所用的转速为6000rpm，旋涂时间为60s，然后置于100℃的热台上进行退火，退火时间为10min，即得到锡基钙钛矿薄膜。
制备锡基钙钛矿太阳能电池：器件由吸光层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极依次叠加而成；其中吸光层为ITO/PEDOT:PSS衬底及在衬底上的添加有1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿薄膜，PEDOT:PSS为空穴传输层，制备时，利用真空蒸镀方法依次将电子传输层、空穴阻挡层以及银电极沉积到衬底上的添加有1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿薄膜上。其中，电子传输层为C60，膜厚为20nm；空穴阻挡层为BCP，膜厚为 10nm；电极为Ag，厚度为80nm。将电池在模拟太阳光100mW/cm2AM 1.5G的光强下，用Keithley 2400进行测试电流-电压的变化，测试结果如图3所示，电池的光电转换效率为7.16％。
实施例2
本实施例2与实施例1不同的是：将0.129g FAI、0.040g MAI、0.372g SnI2、0.016g SnF2溶解在1mL体积比为2：1的DMF和DMSO混合溶液中。随后加入0.5mg 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯，将其置于磁力搅拌器上搅拌30min，形成添加了1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液，其中 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯与钙钛矿质量比为0.1％。将实施例2所制得的电池器件在模拟太阳光100mW/cm2AM 1.5G的光强下测试的光电转换效率为6.31％。
实施例3
本实施例3与实施例1不同的是：将0.129g FAI、0.040g MAI、0.372g SnI2、0.016g SnF2溶解在1mL体积比为5：1的DMF和DMSO混合溶液中。随后加入27mg 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯，将其置于磁力搅拌器上搅拌30min，形成添加了1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液，其中 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯与钙钛矿质量比为5％。将实施例3所制得的电池器件在模拟太阳光100mW/cm2AM 1.5G的光强下测试的光电转换效率为5.72％。
实施例4
本实施例4与实施例1不同的是：：将0.129g FAI、0.040g MAI、0.372g SnI2、0.016g SnF2溶解在1mL体积比为5：1的DMF和DMSO混合溶液中。随后加入54mg 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯，将其置于磁力搅拌器上搅拌30min，形成添加了1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液，1,8- 二氮杂二环十一碳-7-烯与钙钛矿质量比为10％；。将实施例4所制得的电池器件在模拟太阳光100mW/cm2AM 1.5G的光强下测试的光电转换效率为5.51％。
对比例
本对比例与实施例1不同的是：将0.129g FAI、0.040g MAI、0.372g SnI2、 0.016gSnF2溶解在1mL体积比为4：1的DMF和DMSO混合溶液中。将其置于磁力搅拌器上搅拌30min，形成FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液。将对比例所制备的器件在模拟太阳光100mW/cm2AM1.5G的光强下，用Keithley 2400 进行测试电流-电压的变化，测试结果如图3所示，电池的光电转换效率为5.11％。
从图1可以看出，实施例1中添加有1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液在空气中15min内颜色基本保持不变，说明在该前驱体溶液中钙钛矿几乎未被氧化，氧化过程被抑制，而对比例中的未添加 1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯的FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液的颜色逐渐变暗，氧化迅速；从图2可以看出，实施例1中的锡基钙钛矿薄膜结晶性好于对比例中的薄膜，说明对比例中的锡元素氧化，造成钙钛矿晶体结构的破坏和材料降解；从图3可以看出，实施例1中的锡基钙钛矿薄膜所制得的太阳能电池器件性能要明显优于对比例中所制备的钙钛矿太阳能电池器件，电池的光电转换效率从 5.11％提升至7.16％，提升了40％以上。

Claims (10)

1.一种锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，包括有机脒分子和钙钛矿，所述钙钛矿种类为ASnX3，其中A为CH3NH3 +或NH2CH＝NH2 +中的一种或两种；X至少为I-、Br-或Cl-中的一种。
2.根据权利要求1所述的锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，所述有机脒分子与钙钛矿的质量比为0.1％-10％。
3.根据权利要求2所述的锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，所述有机脒分子与钙钛矿的质量比为0.5％-1.5％。
4.根据权利要求1所述的锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，所述有机脒分子结构为：
Figure FDA0002501279630000011
其中，R1，R2，R3，R4各自独立的选自H、OH、C1-C10的烷基、C1-C10的烷氧基、C1-C10的酯基、C1-C10的羧基、C1-C10的醇羟基以及被上述任一基团取代的芳基或者杂芳基；R1和R4通过C2-C10的烷基或烷氧基连接成环；R2和R3通过C2-C10的烷基或烷氧基连接成环。
5.根据权利要求4所述的锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，所述有机脒分子结构为：
Figure FDA0002501279630000012
6.根据权利要求5所述的锡基钙钛矿薄膜，其特征在于，所述有机脒分子为1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
7.一种权利要求1所述的锡基钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(S1)制备锡基钙钛矿前驱体溶液：将钙钛矿、有机脒分子溶解到有机溶剂中即得到锡基钙钛矿前驱体溶液，所述有机溶剂为DMF和DMSO中的一种或两种，所述有机溶剂的摩尔浓度为0.5-1.5M；
(S2)将所述锡基钙钛矿前驱体溶液旋涂到衬底上并热处理，即得到锡基钙钛矿薄膜。
8.根据权利要求7所述的锡基钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中DMF和DMSO质量比为2～5:1。
9.根据权利要求7所述的锡基钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中旋涂的旋转速度为2000-5000rpm，热处理温度为50-100℃，热处理时间为5-30min。
10.一种权利要求1所述的锡基钙钛矿薄膜在太阳能电池器件中作为光吸收层的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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