CN111952455B - 一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用 - Google Patents
一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111952455B CN111952455B CN202010825110.7A CN202010825110A CN111952455B CN 111952455 B CN111952455 B CN 111952455B CN 202010825110 A CN202010825110 A CN 202010825110A CN 111952455 B CN111952455 B CN 111952455B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- low
- dimensional
- solar cell
- based perovskite
- stannyl
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 150000001412 amines Chemical class 0.000 title claims abstract description 28
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 125000003638 stannyl group Chemical group [H][Sn]([H])([H])* 0.000 title claims description 25
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 title abstract description 15
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 3
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 87
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims abstract description 15
- -1 salt butylamine acetate Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims abstract description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 20
- JTDNNCYXCFHBGG-UHFFFAOYSA-L tin(ii) iodide Chemical compound I[Sn]I JTDNNCYXCFHBGG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 16
- BFHRMYJJIMKAFV-UHFFFAOYSA-N 2-iodoguanidine Chemical compound NC(N)=NI BFHRMYJJIMKAFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 9
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 9
- 241000208140 Acer Species 0.000 claims description 8
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 claims description 8
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 8
- ANOBYBYXJXCGBS-UHFFFAOYSA-L stannous fluoride Chemical compound F[Sn]F ANOBYBYXJXCGBS-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 229960002799 stannous fluoride Drugs 0.000 claims description 8
- 229940108184 stannous iodide Drugs 0.000 claims description 8
- QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N aminomethylideneazanium;iodide Chemical compound I.NC=N QHJPGANWSLEMTI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 7
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 7
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 5
- SKHIBNDAFWIOPB-UHFFFAOYSA-N hydron;2-phenylethanamine;chloride Chemical compound Cl.NCCC1=CC=CC=C1 SKHIBNDAFWIOPB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 4
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 4
- 229940048346 phenethylamine hydrochloride Drugs 0.000 claims description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 8
- LXTKCTMGEWVPTB-UHFFFAOYSA-N butylazanium;acetate Chemical compound CC(O)=O.CCCCN LXTKCTMGEWVPTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 3
- HQABUPZFAYXKJW-UHFFFAOYSA-N butan-1-amine Chemical compound CCCCN HQABUPZFAYXKJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 28
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 14
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 4
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 4
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 4
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 2
- PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N Formamidine Chemical compound NC=N PNKUSGQVOMIXLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000012459 cleaning agent Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 231100000053 low toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 238000004736 wide-angle X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用，属于光电材料与器件领域。该发明利用特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐配制低维锡基钙钛矿的前驱液，并利用反溶剂法在沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃上制备得到低维锡基钙钛矿薄膜，经过退火处理后，薄膜表面平整致密，缺陷态密度低，晶体取向垂直于基板。所制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池具有优异的光电转化效率和出色的器件稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种低维锡基钙钛矿薄膜及其低维锡基钙钛矿太阳能电池的制备方法，尤其是一种可制备出平整致密，缺陷态密度低，晶体取向垂直于基底的低维锡基钙钛矿薄膜及其高光电转化效率且稳定的低维锡基钙钛矿太阳能电池器件的简单方法，属于光电材料与器件技术领域。
背景技术
随着社会的进步与发展，人类社会面对的环境问题也日益严峻。因此，寻找替代传统化石能源的研究被广泛开展。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源被认为是一种能够逐步取代化石能源的清洁能源之一。太阳能电池作为利用太阳能的主要途径之一，备受关注。目前被广泛商业化的太阳能电池为单晶硅和多晶硅太阳能电池。而晶硅太阳电池的生产和加工过程中涉及到的能源消耗大，因此，在目前可持续发展的理念下，难有进一步的发展。
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池从2009年问世以来，在短短的数年时间里，光电转化效率就从3.8％提升到了25.2％。虽然有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转化效率得到了迅速地发展，但是在其商业化应用的进程上还面临着诸多问题。首先，铅基钙钛矿太阳能电池中含有毒性较大的铅元素，因此需要寻求一种低毒性的元素取代铅元素的使用。此外，目前钙钛矿太阳能电池相比于传统晶硅太阳能电池，其稳定性方面仍有很大的提升空间。
锡基钙钛矿材料由于其具有较低的毒性以及低激子结合能和窄的光学带隙，被认为是最具潜力的铅基钙钛矿的替代者。但由于锡基钙钛矿体系中的二价锡在热力学上处于不稳定状态，极易被氧化成四价锡，导致了最终器件的稳定性和重复性较差。为此，通过在锡基钙钛矿体系内引入有机大体积胺分子盐，可以制备出具有良好的耐辐照、耐高温和耐湿的低维锡基钙钛矿。然而，截至目前，在低维锡基钙钛矿的体系中所引入的有机大体积胺分子盐均为卤素盐，这些基于卤素的传统有机大体积胺分子盐缺乏与锡基钙钛矿骨架之间的强相互作用，从而不能有效地调控低维锡基钙钛矿的结晶过程，导致最终低维锡基钙钛矿薄膜形貌差，相应的低维锡基钙钛矿太阳能电池的器件性能低。
发明内容
本发明解决的技术问题是：针对低维锡基钙钛矿中引入的传统卤素有机大体积胺分子盐与锡基钙钛矿骨架之间的相互作用较弱，导致薄膜结晶过程过快，薄膜质量不高，提出引入离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐以显著加强其与锡基钙钛矿骨架之间相互作用，从而有效调控低维锡基钙钛矿结晶过程，制备表面平整致密、低缺陷态密度、晶体取向垂直于基底的低维锡基钙钛矿薄膜及制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性都得到了显著地提升。
为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其低维锡基钙钛矿太阳能电池，包括以下步骤：
(1)将特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐，甲脒氢碘酸盐，碘化亚锡以及氟化亚锡按摩尔比2:3:4:0.6溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚枫的混合溶剂中(体积比为4:1)，并添加碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液一，在30-120℃下搅拌1-4小时；将苯乙胺盐酸盐，甲脒氢碘酸盐，碘化亚锡以及氟化亚锡按摩尔比2:3:4:0.6溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚枫的混合溶剂中(体积比为4:1)，并添加碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液二，在30-120℃下搅拌1-4小时；将低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二以一定的摩尔比混合，在30-120℃下搅拌1-4小时；
(2)在清洗并且处理过的ITO透明导电玻璃上旋涂沉积空穴传输材料；
(3)将沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃和配制好的低维锡基钙钛矿前驱液预热；
(4)在预热过的沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃上，利用反溶剂法旋涂低维锡基钙钛矿薄膜，经过退火处理后得到平整致密，缺陷态密度低，晶体取向垂直于基板的低维锡基钙钛矿薄膜；
(5)在此低维锡基钙钛矿薄膜上真空热蒸镀上电子传输材料；
(6)在电子传输材料上接着热蒸镀界面修饰材料和金属电极。
优选的，所述的步骤(1)中特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐为丁胺乙酸盐。
优选的，所述的步骤(1)中低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二的浓度均为100-300mg/mL。
优选的，所述的步骤(1)中碘化胍添加剂的用量为低维锡基钙钛矿前驱液的5wt％。
优选的，所述的步骤(1)中低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二的混合摩尔比为1：1-5。
优选的，所述的步骤(2)中透明ITO导电玻璃上沉积的空穴传输材料为PEDOT:PSS，具体步骤为：旋涂PEDOT:PSS后，在120℃下退火30min。
优选的，所述的步骤(3)中沉积有空穴传输材料的透明ITO导电玻璃和配制好的低维锡基钙钛矿前驱液的预热温度为40-80℃，预热时间为1-5min。
优选的，所述的步骤(4)中反溶剂法所使用的反溶剂为无水氯苯，用量为0.1-0.8mL。
优选的，所述的步骤(5)中热蒸镀的电子传输材料为ICBA，厚度为50nm。
优选的，所述的步骤(6)中界面修饰材料为LiF，金属电极为Al，具体步骤为：
(1)LiF热蒸镀在电子传输层上，厚度为1nm；
(2)金属Al电极厚度为100nm。
为了解决上述问题，本发明提出的另一技术方案是：所述的离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其低维锡基钙钛矿太阳能电池的方法制备的钙钛矿太阳能电池。
为了解决上述问题，本发明提出的另一技术方案是：所述的离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其锡基钙钛矿太阳能电池的方法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：
(1)本发明利用特殊的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐配制低维锡基钙钛矿前驱液，通过离子液体型有机大体积胺分子盐与锡基钙钛矿骨架之间的强相互作用，有效地控制了低维锡基钙钛矿的结晶过程，得到了低缺陷态密度、表面光滑致密、晶体高度垂直取向的低维锡基钙钛矿薄膜。并且通过反溶剂法制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性都得到了显著地提升。
(2)与使用传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池相比，通过本发明制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的最高能量转换效率能够提升44.69％。通过本发明制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池在不封装的N2气氛下，约600小时后仍可保持约90％的初始效率，而基于传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池在不封装的N2气氛下约200小时后仅保持55％的初始效率。此外，与使用传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池相比，通过本发明制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的能量转换效率的重复性也得到了明显的提升。
附图说明
下面结合附图对本发明的作进一步说明。
图1中(a)是本发明在氮气氛围中制备得到的低缺陷态密度、表面光滑致密的低维锡基钙钛矿薄膜；(b)传统丁胺碘盐制备得到的低维锡基钙钛矿薄膜的SEM图；
图2中(a)是本发明在氮气氛围中制备得到的低维锡基钙钛矿薄膜；(b)传统丁胺碘盐制备得到的低维锡基钙钛矿薄膜的掠入射广角X射线散射图；
图3是本发明在氮气氛围中制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池器件结构图；
图4是本发明在氮气氛围中制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池与传统丁胺碘盐制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；
图5是本发明在氮气氛围中制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池与传统丁胺碘盐制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池的暗电流曲线图；
图6是本发明在氮气氛围中制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池与传统丁胺碘盐制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池在氮气中的光电转化效率随时间的变化曲线；
图7是本发明在氮气氛围中制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池与传统丁胺碘盐制备得到的低维锡基钙钛矿太阳能电池的能量转换效率统计图；
具体实施方式
实施例1
本实施例为发明的离子液体型有机大体积胺分子盐制备低缺陷态密度、表面光滑致密、高度垂直取向的低维锡基钙钛矿薄膜及其低维锡基钙钛矿太阳能电池的方法制备的倒置平面异质结太阳能电池，以便充分理解本发明，主要包括以下步骤：
步骤1)将刻蚀好的ITO导电玻璃依次在乙醇、超纯水加清洗剂、超纯水、乙醇中各超声30min。氮气吹干后放入烘箱烘烤，得到洁净的ITO基底。
步骤2)将29.27mg的特殊离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐，56.7mg的甲脒氢碘酸盐，163.96mg的碘化亚锡以及41.43mg的氟化亚锡溶于0.8mL的N,N-二甲基甲酰胺和0.2mL的二甲基亚枫的混合溶剂中，并添加12.5mg的碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液一，在60℃下搅拌2小时；将33.95mg的苯乙胺盐酸盐，55.56mg的甲脒氢碘酸盐，160.48mg的碘化亚锡以及40.50mg的氟化亚锡溶于0.8mL的N,N-二甲基甲酰胺和0.2mL的二甲基亚枫混合溶剂中，并添加12.5mg的碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液二，在60℃下搅拌2小时；将0.06mL的低维锡基钙钛矿前驱液一和0.14mL的低维锡基钙钛矿前驱液二混合，在60℃下搅拌2小时；
步骤3)将步骤1)中清洗干净的ITO基片紫外臭氧处理15分钟。
步骤4)取50μL的空穴传输材料PEDOT：PSS，用移液枪滴至步骤3)处理好的ITO导电玻璃上，在5000转的转速下旋涂50秒后，将涂有PEDOT：PSS的ITO在120℃条件下退火30min。
步骤5)将步骤4)中退火完成的涂有空穴传输层的ITO导电基片和步骤1)中配制好的低维锡基钙钛矿前驱液放置在60℃的热台上，预热2min。
步骤6)取75μL步骤5)中预热过的钙钛矿前躯体溶液滴到步骤5)中预热过的ITO基片上，旋涂成膜，然后进行退火，得到钙钛矿薄膜。旋涂钙钛矿前驱体溶液的条件为在氮气氛围中4000转旋涂60秒在第35秒时滴加反溶剂无水氯苯，随后60℃退火2min，100℃退火10min。
步骤7)采用真空热蒸镀技术在步骤6)得的钙钛矿薄膜上蒸镀50nm ICBA，得到电子传输层。
步骤8)采用真空热蒸镀技术，在步骤7)的电子传输层上蒸镀1nm LiF和100nm金属电极Al，得到低维锡基钙钛矿太阳能电池。
步骤9)在标准测试条件下(AM1.5G光照)，本实例所制备的太阳能电池器件的光电转换效率为10.36％，开路电压为0.65V，短路电流为23.33mA/cm2，填充因子为69.56％。
对比例1
将41.72mg的丁胺碘盐，56.7mg的甲脒氢碘酸盐，154.71mg的碘化亚锡以及39.05mg的氟化亚锡溶于0.8mL的N,N-二甲基甲酰胺和0.2mL的二甲基亚枫的混合溶剂中，并添加12.5mg的碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液三，在60℃下搅拌2小时；将33.95mg的苯乙胺盐酸盐，55.56mg的甲脒氢碘酸盐，160.48mg的碘化亚锡以及40.50mg的氟化亚锡溶于0.8mL的N,N-二甲基甲酰胺和0.2mL的二甲基亚枫混合溶剂中，并添加12.5mg的碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液四，在60℃下搅拌2小时；将0.06mL的低维锡基钙钛矿前驱液三和0.14mL的低维锡基钙钛矿前驱液四混合，在60℃下搅拌2小时。随后按步骤3)至步骤8)继续进行操作制备出传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池作为本发明对照组。
与使用传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池相比，通过本发明制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的最高能量转换效率能够提升44.69％。通过本发明制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池在不封装的N2气氛下，约600小时后仍可保持约90％的初始效率，而基于传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池在不封装的N2气氛下约200小时后仅保持55％的初始效率。此外，与使用传统丁胺碘盐制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池相比，通过本发明制备的低维锡基钙钛矿太阳能电池的能量转换效率的重复性也得到了明显的提升。
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 (8)
1.一种离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐，甲脒氢碘酸盐，碘化亚锡以及氟化亚锡按照摩尔比2:3:4:0.6溶于体积比为4:1的N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚枫的混合溶剂中，并添加碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液一，在30-120 ℃ 下搅拌1-4小时；将苯乙胺盐酸盐，甲脒氢碘酸盐，碘化亚锡以及氟化亚锡按照摩尔比2:3:4:0.6溶于体积比为4:1的N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚枫的混合溶剂中，并添加碘化胍作为添加剂,配制成低维锡基钙钛矿前驱液二，在30-120 ℃ 下搅拌1-4小时；将低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二按一定的摩尔比混合，在30-120 ℃ 下搅拌1-4小时；
（2）在清洗并且处理过的ITO透明导电玻璃上旋涂沉积空穴传输材料；
（3）将沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃和配制好的低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二的混合前驱体预热；
（4）在预热过的沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃上，利用反溶剂法沉积低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二混合的混合前驱体，经过退火处理后得到平整致密，缺陷态密度低，晶体取向垂直于所述ITO透明导电玻璃的低维锡基钙钛矿薄膜；
（5）在步骤（4）的低维锡基钙钛矿薄膜上真空热蒸镀 电子传输材料；
（6）在步骤（5）的电子传输材料上接着热蒸镀界面修饰材料和金属电极。
2.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤（1）中低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二的浓度为100-300 mg/mL；所述的步骤（1）中低维锡基钙钛矿前驱液一和低维锡基钙钛矿前驱液二的混合摩尔比为1：1-5。
3.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤（2）中ITO透明导电玻璃上沉积的空穴传输材料为PEDOT:PSS，具体步骤为：旋涂PEDOT:PSS后，在120 ℃ 下退火30 min。
4.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿 太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤（3）中沉积有空穴传输材料的ITO透明导电玻璃和配制好的低维锡基钙钛矿混合前驱体的预热温度为40-80 ℃，预热时间为1-5min。
5.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿 太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤（4）中反溶剂法所使用的反溶剂为无水氯苯，用量为0.01-0.8 mL。
6.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿 太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤（5）中热蒸镀的电子传输材料为茚-C60双加合物ICBA，厚度为50 nm。
7.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿 太阳能电池的方法，其特征在于：所述的步骤（6）中界面修饰材料为LiF，金属电极为Al，具体步骤为：
（1）LiF热蒸镀在电子传输层上，厚度为1 nm；
（2）金属Al电极厚度为100 nm。
8.根据权利要求1所述的离子液体型有机大体积胺分子盐丁胺乙酸盐制备低维锡基钙钛矿 太阳能电池的方法制备的钙钛矿太阳能电池在光电领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010825110.7A CN111952455B (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010825110.7A CN111952455B (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111952455A CN111952455A (zh) | 2020-11-17 |
| CN111952455B true CN111952455B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=73343283
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010825110.7A Active CN111952455B (zh) | 2020-08-17 | 2020-08-17 | 一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111952455B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112062680B (zh) * | 2020-08-25 | 2021-06-22 | 南京工业大学 | 一种有机质子型离子液体、二维钙钛矿纯相量子阱结构薄膜、制备方法及其应用 |
| CN113897681B (zh) * | 2021-09-18 | 2022-11-01 | 湖北工业大学 | 一种具有(110)取向的非铅钙钛矿单晶的制备方法 |
| CN114695682A (zh) * | 2022-03-30 | 2022-07-01 | 电子科技大学 | 组分优化的锡基钙钛矿太阳能电池制备方法及电池 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106784324A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 上海科技大学 | 一种低维锡卤化物钙钛矿及其制备和应用 |
| CN108321299A (zh) * | 2018-02-22 | 2018-07-24 | 南京工业大学 | 一种低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法 |
| CN109904322A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-18 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种制备全无机钙钛矿薄膜的方法 |
| CN110335948A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-10-15 | 华中科技大学 | 一种混合单晶钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN110767808A (zh) * | 2018-07-27 | 2020-02-07 | 中国科学院化学研究所 | 钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
| WO2020084283A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | Oxford University Innovation Limited | Process for producing a layer with mixed solvent system |
-
2020
- 2020-08-17 CN CN202010825110.7A patent/CN111952455B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106784324A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-31 | 上海科技大学 | 一种低维锡卤化物钙钛矿及其制备和应用 |
| CN108321299A (zh) * | 2018-02-22 | 2018-07-24 | 南京工业大学 | 一种低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法 |
| CN110767808A (zh) * | 2018-07-27 | 2020-02-07 | 中国科学院化学研究所 | 钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
| WO2020084283A1 (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | Oxford University Innovation Limited | Process for producing a layer with mixed solvent system |
| CN109904322A (zh) * | 2019-03-08 | 2019-06-18 | 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 | 一种制备全无机钙钛矿薄膜的方法 |
| CN110335948A (zh) * | 2019-06-13 | 2019-10-15 | 华中科技大学 | 一种混合单晶钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111952455A (zh) | 2020-11-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111952455B (zh) | 一种离子液体型有机大体积胺分子盐制备低维锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池和应用 | |
| CN108365102B (zh) | 一种稳定高效二维层状钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108899420B (zh) | 钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿太阳能电池器件 | |
| Zhong et al. | Enhanced efficiency and stability of perovskite solar cell by adding polymer mixture in perovskite photoactive layer | |
| CN107240643B (zh) | 溴元素掺杂甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池及其制作方法 | |
| CN108417722A (zh) | 一种基于离子液添加剂的钙钛矿太阳电池的制备方法 | |
| CN108321299A (zh) | 一种低维无铅钙钛矿薄膜及其无铅钙钛矿太阳能电池制备方法 | |
| Mei et al. | Polymer additive assisted crystallization of perovskite films for high-performance solar cells | |
| Liu et al. | Solvent engineering approach via introducing poly (3, 4-ethylene dioxy-thiophene)–poly (styrene sulfonate)(PEDOT: PSS) into photosensitive absorber layer for ambient temperature processed efficient inverted planar perovskite solar cells | |
| WO2021027373A1 (zh) | 一种晶种及其制备钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN108666424A (zh) | 一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用 | |
| KR102080748B1 (ko) | 고품질 페로브스카이트 광 활성층 박막 제조 방법 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지 | |
| KR101804173B1 (ko) | BaSnO3 박막 및 이의 저온 제조 방법 | |
| CN109768162A (zh) | 一种低维氯化钙钛矿薄膜及太阳能电池制备方法 | |
| CN114284440A (zh) | 一种双功能离子盐钝化锡基钙钛矿薄膜及其钙钛矿太阳能电池的制备方法和应用 | |
| Jia et al. | Polyhydroxy compound modifying SnO2 for high-performance and stable perovskite solar cells | |
| WO2024031752A1 (zh) | 钙钛矿薄膜、晶种辅助成膜方法、钙钛矿太阳能电池 | |
| CN114583061A (zh) | 三维结构的无铅锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池的制备方法 | |
| CN115161012A (zh) | 一种钙钛矿材料、薄膜和太阳能电池器件及其制备方法 | |
| CN110444668B (zh) | 一种平面型钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN114447234A (zh) | 有机无机杂化钙钛矿表界面处理方法、材料及应用 | |
| CN114267795A (zh) | 一种低成本、高效稳定的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| KR101912735B1 (ko) | BaSnO3 박막 및 이의 저온 제조 방법 | |
| CN111599925B (zh) | 一种以双（甲酸）二甲基锡n型半导体薄膜作为电子传输层的太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110854271A (zh) | 一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |