CN113241409A - 钙钛矿太阳电池及制备方法 - Google Patents

钙钛矿太阳电池及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113241409A
CN113241409A CN202110419644.4A CN202110419644A CN113241409A CN 113241409 A CN113241409 A CN 113241409A CN 202110419644 A CN202110419644 A CN 202110419644A CN 113241409 A CN113241409 A CN 113241409A
Authority
CN
China
Prior art keywords
perovskite
thin film
film
solar cell
dmso
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.)
Granted
Application number
CN202110419644.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113241409B (zh
Inventor
刘生忠
任小东
何希来
赵奎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shaanxi Normal University
Original Assignee
Shaanxi Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shaanxi Normal University filed Critical Shaanxi Normal University
Priority to CN202110419644.4A priority Critical patent/CN113241409B/zh
Publication of CN113241409A publication Critical patent/CN113241409A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113241409B publication Critical patent/CN113241409B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
    • 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
    • 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)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种钙钛矿太阳电池及制备方法，该钙钛矿太阳电池采用碘化胍(GAI)和对甲氧基苯乙胺溴(CH3O‑PEABr)全面钝化策略降低薄膜体相和表面的缺陷态密度，得到的微米厚的钙钛矿薄膜表面粗糙度小、载流子寿命高。钙钛矿薄膜的形成过程中会不可避免的在表面形成很多缺陷，在GAI和CH3O‑PEABr全面钝化作用下降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度，从而获得微米级高质量的钙钛矿薄膜，降低薄膜的而表面缺陷态密度，提升载流子的传输与收集效率，最终获得高效率的钙钛矿弱光电池器件。

Description

钙钛矿太阳电池及制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳电池及制备方法。
背景技术
近年来，低功耗消费电子产品、智能家居、家庭自动化和物联网的开发如火如荼的展开。这些新兴电子设备皆需要高效率且易于整合的能量收集装置来获得电能和动力，从而实现自驱动、可持续工作。在未来的几十年中，预计将有数百亿个低功耗室内应用的独立电子设备安装于室内环境中，对能量收集装置的市场需求巨大。太阳能电池不仅可以将高强度的太阳能转化成电能驱动大功率用电器，而且可以将室内中低强度的光能转化成电能驱动低功耗电子设备，具有极大的应用前景。与其他太阳电池相比，钙钛矿太阳电池在低照度、室内光环境下具有更高的发电效率，加之，其制备工艺简单和适应柔性制备工艺的特点，是低功耗室内应用独立电子器件实现自驱动、持续工作的理想选择。因此，钙钛矿弱光电池的转化效率稳定性提升对其与智能化、低功耗室内电子设备的集成应用具有极大的促进作用。
常用的室内光源的发射光谱范围在400-750nm，包含了可见光和近红外光，钙钛矿本身对可见光的吸收很强，但对红外光的吸收较弱，而红外对短路电流密度的贡献又较大，因此如能提高红外钙钛矿薄膜对红外光的吸收能力是需要解决的问题。另一方面，现有的溶液法制备的钙钛矿多晶薄膜有很多缺陷，会捕获光生载流子，导致器件的光电转化效率不高，稳定性也不好。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种钙钛矿太阳电池及制备方法，以解决现有技术中钙钛矿薄膜对红外光的吸收能力较弱，且溶液法制备出的钙钛矿多晶薄膜缺陷多的问题。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种钙钛矿太阳电池，包括钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜为ABX3型，所述A由GA+、MA+和FA+组成，所述B为Pb2+或Sn2+，所述X由Cl-、Br-和I-组成；所述钙钛矿薄膜上附着有钝化剂，所述钝化剂为n-R-PEAZ；其中，R为CH3O或F-，n为苯环上的邻位、间位或对位，Z为Cl-、Br-或I-。
本发明的进一步改进在于：
优选的，所述钙钛矿薄膜的平均厚度为340-1270nm。
优选的，所述钙钛矿薄膜中晶粒直径范围为0.5-2μm。
优选的，包括由下到上依次堆叠的导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和金属电极。
一种钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，预处理导电玻璃衬底；
步骤2，在导电玻璃衬底上制备电子传输层；
步骤3，在电子传输层上制备BI2·DMSO复合薄膜，在BI2·DMSO复合薄膜中渗入有机盐溶液，加热后形成钙钛矿薄膜；所述B为Pb2+或Sn2+，所述有机盐溶液的溶质由FAI、MABr、MACl和GAI组成，溶剂为异丙醇；
步骤4，在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；
步骤5，在空穴传输层上制备金属电极。
优选的，所述BI2·DMSO复合薄膜的制备方法为：将BI2加入至DMSO中，制备出钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液滴加到电子传输层上，将液体旋涂后加热，获得BI2·DMSO复合薄膜。
优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中PbI2的浓度为0.9-2.0mol/L。
优选的，所述有机盐溶液中FAI、MABr和MACl的质量比为10:1:1，GAI摩尔数为FAI摩尔数的6-12％。
优选的，所述FAI的浓度为50-105mg/mL。
优选的，步骤3中，将有机盐溶液滴加到BI2·DMSO复合薄膜上，旋涂后加热。
优选的，步骤3中，在钙钛矿薄膜上滴加n-R-PEAZ和IPA混合溶液，旋涂后执行步骤4。
优选的，所述CH3O-PEABr和IPA混合溶液中n-R-PEAZ的浓度为2-6mg/mL。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种钙钛矿太阳电池，该钙钛矿太阳电池采用碘化胍(GAI)和钝化剂(n-R-PEAZ)全面钝化策略降低薄膜体相和表面的缺陷态密度，得到的微米厚的钙钛矿薄膜表面粗糙度小、载流子寿命高。针对红外光，常规的使用的500nm左右的薄膜很难将红外光完全吸收，因此需要较厚的钙钛矿薄膜，从而达到将入射光完全吸收的效果，但钙钛矿薄膜中缺陷数量也会随着薄膜厚度的增加而增加。因此，在增加钙钛矿薄膜厚度保证入射光的全部吸收利用的同时对钙钛矿薄膜进行缺陷的钝化是必不可少的，在GAI和n-R-PEAZ全面钝化作用下降低钙钛矿薄膜的缺陷态密度，从而获得微米级高质量的钙钛矿薄膜，降低薄膜的而表面缺陷态密度，提升载流子的传输与收集效率，最终获得高效率的钙钛矿弱光电池器件，制备钙钛矿太阳电池在824.5lux(301.6μW cm-2)LED照射下光电转换效率从37.57％提高至40.1％。
本发明还公开了一种钙钛矿太阳电池的制备方法，此方法工艺简单、生长条件温和，设备要求低，可操作性强，重复性好，效果显著。在两步法制备钙钛矿薄膜的工艺基础上优化得到微米级高质量钙钛矿薄膜，然后在GAI本体钝化和CH3O-PEABr表面钝化的作用机制下，使得钙钛矿薄膜的平均载流子寿命提高了5倍，所为钙钛矿弱光电池器件性能的提升提供新方法和思路。并且采用本策略所制备的钙钛矿薄膜质量高、缺陷少，极有可能在发光二极管器件中获得较好的效果。
进一步的，将BI2的浓度限定在0.9-2.0mol/L，增大了前驱体溶液的浓度制备微米后的钙钛矿薄膜，可以增加红外光在电池中的光程，达到充分吸收红外光，从而提升短路电流密度的目的。
进一步的，有机盐溶液滴加到BI2·DMSO复合薄膜上，使得有充分的时间使有机盐溶液渗透到BI2·DMSO复合薄膜中，形成中间相。
进一步的，将钝化剂和IPA混合溶液滴加到钙钛矿薄膜上，使得钝化剂有充分的时间发挥其钝化作用。
附图说明
图1是本发明实例中所述方法的操作流程示意图。
图2是本发明实例中所述方法制备的钙钛矿薄膜的形貌、载流子寿命图；
其中，(a)图为对比例1钙钛矿薄膜的表面形貌(钝化前)；(b)图为实施例1钙钛矿薄膜的表面形貌(钝化后)；(c)图为对比例1钙钛矿薄膜的原子力显微镜照片(钝化前)；(d)图为实施例1钙钛矿薄膜的原子力显微镜照片(钝化后)；
(e)图为钙钛矿太阳电池的截面图；(f)图为全对比例和实施例1的钙钛矿薄膜载流子寿命对比图；
图3是本发明对比例和实施例1中所述方法制备的钙钛矿太阳电池在弱光下的性能图；
其中，(a)图为对比例和实施例1制备出的钙钛矿太阳电池在301μW cm-2的LED灯照射下的J-V曲线图；(b)图为对比例和实施例1制备出的钙钛矿太阳电池在301μW cm-2的LED灯照射下的统计分布图；(c)图为对比例和实施例1制备出的钙钛矿矿太阳电池的弱光电池效率的统计图。
图4实施例2制得的钙钛矿薄膜的形貌图；
其中，(a)图为钙钛矿薄膜的表面形貌图；(b)图为原子力显微镜照片；
图5实施例3制得的钙钛矿薄膜的形貌图；
其中，(a)图为钙钛矿薄膜的表面形貌图；(b)图为原子力显微镜照片；
图6实施例4制得的钙钛矿薄膜的形貌图；
其中，(a)图为钙钛矿薄膜的表面形貌图；(b)图为原子力显微镜照片；
图7为实施例3、实施例4和实施例5制备的钙钛矿薄膜和对比例1及对比例2钙钛矿薄膜的J-V曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述：
本发明公开了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法，参见图1，该钙钛矿太阳电池的制备方法为，图1中perovskite film为钙钛矿薄膜。
步骤1，对氟掺杂氧化锡导电玻璃衬底(FTO)进行清洗：分别用丙酮，异丙醇，乙醇超声清洗15分钟，得到表面洁净的衬底材料。
步骤2，将FTO放入0.2mol/L的TiCl4水溶液中，然后放入烘箱中在70℃保持1小时即可得到氧化钛(TiO2)电子传输层；
步骤3，采用两步法制备钙钛矿薄膜；
步骤3.1，在DMSO中加入BI2，形成钙钛矿前驱体溶液，其中BI2的浓度为0.9-2.0mol/L，首先将钙钛矿前驱体溶液滴加到TiO2/FTO基底上，在1500rpm/s转速下旋涂，旋涂时间为30s；然后在70℃加热1min即可得到多孔的BI2·DMSO复合薄膜，获得碘化铅薄膜的平均厚度约为320-900nm，B为Pb2+或Sn2+。
步骤3.2，将BI2·DMSO复合薄膜冷却至20-25℃后再将有机盐溶液滴加到多孔的BI2·DMSO复合薄膜上，所述有机盐溶液的溶质由FAI、MABr、MACl和GAI组成，溶剂为异丙醇(IPA)，简称为OS；其中，有机盐溶液中FAI、MABr和MACl的质量比为10:1:1，GAI摩尔数为FAI摩尔数的6-12％，FAI的浓度为50-105mg/mL，将有机盐溶溶液会沿着孔隙渗透到整个薄膜中BI2薄膜中，会形成BI2·DMSO·OS的中间相，在2000转旋涂，旋涂时间为30s，然后将前驱体薄膜在空气湿度30-40％的条件下150℃热台上加热15分钟除去DMSO后得到晶粒，所述晶粒为不规则的圆形，晶粒直径的范围为0.5-2μm，晶粒的平均直径为1μm，最终得到的钙钛矿薄膜的平均厚度为340-1270nm。
步骤4，将浓度为2-6mg/mL的n-R-PEAZ和IPA的混合溶液滴加到钙钛矿薄膜表面，在5000转旋涂30s，即可完成钙钛矿薄膜表面缺陷的钝化，得到体相和表面缺陷钝化的微米级高质量钙钛矿薄膜，显著提升的钙钛矿薄膜的载流子寿命(图2)。
n-R-PEAZ为钝化剂，结构式为：
Figure BDA0003027309860000071
其中，R为CH3O或F离子，n为苯环上的邻位、间位或对位，所述Z为Cl-、Br-或I-，上式(1)表示的是对位。
步骤5，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，溶解在氯苯(CB)中形成70-90mg/ml的溶液，在3000-5000转旋涂30s即可得到平整致密的Spiro-OMeTAD空穴传输层，用于收集光生空穴，阻挡光生电子。
步骤6，蒸发金属电极用于光生空穴的导出以形成电流，得到完整的钙钛矿太阳电池器件，如图1所示，所述金属电极为金。
最终形成的钙钛矿太阳电池的包括从下到上的导电玻璃衬底、二氧化钛电子传输层、ABX3型的钙钛矿薄膜、CH3O-PEABr、Spiro-OMeTAD空穴传输层和金电极。ABX3型的钙钛矿薄膜所述A由GA+、MA+和FA+组成，所述B为Pb2+或Sn2+，所述X由Cl-、Br-和I-组成，n-R-PEAZ成一块一块边界不规则的薄纱状，夹装在钙钛矿薄膜和空穴传输层之间，一块一块薄纱状的n-R-PEAZ部分边界连接。
对比例1
步骤1，对氟掺杂氧化锡导电玻璃衬底(FTO)进行清洗：分别用丙酮，异丙醇，乙醇超声清洗15分钟，得到表面洁净的衬底材料。
步骤2，将FTO放入0.2mol/L的TiCl4水溶液中，然后放入烘箱中在70℃保持1小时即可得到氧化钛(TiO2)电子传输层；
步骤3，采用两步法制备钙钛矿薄膜，首先将1.7mol/L的PbI2滴加到TiO2/FTO基底上，在1500rpm/s转速下旋涂30s；然后在70℃加热1min即可得到多孔的PbI2·DMSO复合薄膜，平均厚度为720nm。
将PbI2·DMSO复合薄膜冷却至25℃后再将有机盐溶液滴加到多孔的PbI2·DMSO复合薄膜上，所述有机盐溶液的溶质由FAI、MABr和MACl组成，溶剂为异丙醇(IPA)；其中，有机盐溶液中FAI、MABr和MACl的质量比为10:1:1，FAI的浓度为90mg/mL，然后在2000rpm/s转速下旋涂30s，然后将前驱体薄膜在空气湿度30-40％的条件下，在150℃热台上加热15min除去DMSO后得到晶粒，所述晶粒为不规则的圆形，最终得到的钙钛矿薄膜。
步骤4，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，溶解在氯苯(CB)中形成90mg/ml的溶液，在5000rpm/s转旋涂30s即可得到平整致密的Spiro-OMeTAD空穴传输层，用于收集光生空穴，阻挡光生电子。
步骤5，蒸发金属电极用于光生空穴的导出以形成电流，得到完整的钙钛矿太阳电池器件。
对比例2
步骤1，对氟掺杂氧化锡导电玻璃衬底(FTO)进行清洗：分别用丙酮，异丙醇，乙醇超声清洗15分钟，得到表面洁净的衬底材料。
步骤2，将FTO放入0.2mol/L的TiCl4水溶液中，然后放入烘箱中在70℃保持1小时即可得到氧化钛(TiO2)电子传输层；
步骤3，采用两步法制备钙钛矿薄膜，首先将1.7mol/L的PbI2滴加到TiO2/FTO基底上，在1500rpm/s转速下旋涂30s；然后在70℃加热1min即可得到多孔的PbI2·DMSO复合薄膜，平均厚度为720nm。
将PbI2·DMSO复合薄膜冷却至25℃后再将有机盐溶液滴加到多孔的PbI2·DMSO复合薄膜上，所述有机盐溶液的溶质由FAI、MABr和MACl组成，溶剂为异丙醇(IPA)；其中，有机盐溶液中FAI、MABr和MACl的质量比为10:1:1，FAI的浓度为90mg/mL，然后在2000rpm/s转速下旋涂30s，然后将前驱体薄膜在空气湿度30-40％的条件下，在150℃热台上加热15min除去DMSO后得到晶粒，所述晶粒为不规则的圆形，最终得到的钙钛矿薄膜。
步骤4，将PEA和IPA的混合溶液滴加到钙钛矿薄膜表面，其中PEA的浓度为4mg/mL，在5000转旋涂30s，即可完成钙钛矿薄膜表面缺陷的钝化，
步骤5，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，溶解在氯苯(CB)中形成90mg/ml的溶液，在5000rpm/s转旋涂30s即可得到平整致密的Spiro-OMeTAD空穴传输层，用于收集光生空穴，阻挡光生电子。
步骤6，蒸发金属电极用于光生空穴的导出以形成电流，得到完整的钙钛矿太阳电池器件。
实施例1
步骤1，对氟掺杂氧化锡导电玻璃衬底(FTO)进行清洗：分别用丙酮，异丙醇，乙醇超声清洗15分钟，得到表面洁净的衬底材料。
步骤2，将FTO放入0.2mol/L的TiCl4水溶液中，然后放入烘箱中在70℃保持1小时即可得到氧化钛(TiO2)电子传输层；
步骤3，采用两步法制备钙钛矿薄膜；
步骤3.1在DMSO中加入PbI2，形成钙钛矿前驱体溶液，其中PbI2的浓度为1.7mol/L，将钙钛矿前驱体溶液滴加到TiO2/FTO基底上，在1500rpm/s转速下旋涂30s；然后在70℃加热1min即可得到多孔的PbI2·DMSO复合薄膜，获得的碘化铅薄膜平均厚度为720nm。
步骤3.2
将PbI2·DMSO复合薄膜冷却至25℃后再将有机盐溶液滴加到多孔的PbI2·DMSO复合薄膜上，所述有机盐溶液的溶质由FAI、MABr、MACl和GAI组成，溶剂为异丙醇(IPA)，简称为OS；其中，有机盐溶液中FAI、MABr和MACl的质量比为10:1:1，GAI摩尔数为FAI摩尔数的8％，FAI的浓度为90mg/mL，然后在2000rpm/s转速下旋涂30s，然后将前驱体薄膜在空气湿度30-40％的条件下，在150℃热台上加热15min除去DMSO后得到晶粒，所述晶粒为不规则的圆形，平均直径为1μm，最终得到的钙钛矿薄膜的平均厚度为960nm。
步骤4，将CH3O-PEABr浓度为4mg/mL的CH3O-PEABr/IPA溶液滴加到钙钛矿薄膜表面，在5000转旋涂30s，即可完成钙钛矿薄膜表面缺陷的钝化，得到体相和表面缺陷钝化的微米级高质量钙钛矿薄膜，显著提升的钙钛矿薄膜的载流子寿命；CH3O-PEABr的化学结构式为：
Figure BDA0003027309860000101
步骤5，Spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，溶解在氯苯(CB)中形成90mg/ml的溶液，在5000rpm/s转旋涂30s即可得到平整致密的Spiro-OMeTAD空穴传输层，用于收集光生空穴，阻挡光生电子。
步骤6，蒸发金属电极用于光生空穴的导出以形成电流，得到完整的钙钛矿太阳电池器件，如图1所示，所述金属电极为金。
图2(a)和(c)钙钛矿薄膜的表面形貌图，(b)和(d)全面钝化策略制备的钙钛矿薄膜的表面形貌图，从上述图中可以清楚的看到，CH3O-PEAI覆盖到钙钛矿薄膜上后，使得表面变得平整光滑，粗糙度从41.3nm降低至28.1nm，(e)钙钛矿电池器件的截面图，可以看出钙钛矿薄膜的厚度接近1μm，致密无孔洞，(f)全面钝化前后(对比例1和实施例1)钙钛矿薄膜载流子寿命从1.41μs提升到7.72μs，证明了全面钝化策略的有效性。图中，controldeivce是对比例1，target device为实施例1。
图3(a)和(b)全面钝化前后(对比例1和实施例1)钙钛矿太阳电池在301μW cm-2的LED灯照射下的J-V曲线和统计分布图，从图中可以看出全面钝化后钙钛矿电池的开路电池有了明显的提升，归因于缺陷的减少，转化效率也从37.57％(平均值：36.90±0.54)提高至40.1％(平均值：39.44±0.51)，(c)弱光电池效率的统计图，目前该效率为钙钛矿弱光电池的最高值。
实施例2
本实施例中采用的钝化剂为
Figure BDA0003027309860000111
其余参数均与实施例1相同。
实施例3
本实施例中的氟离子为对位，制备出的钙钛矿薄膜表面形貌图如图4所示，从图中可以看出钙钛矿薄膜表面平整。
Figure BDA0003027309860000112
实施例4
本实施例中的氟离子为邻位，制备出的钙钛矿薄膜表面形貌图如图5所示，从图中可以看出钙钛矿薄膜表面平整。
实施例5
本实施例中的氟离子为间位，制备出的钙钛矿薄膜表面形貌图如图6所示，从图中可以看出钙钛矿薄膜表面平整。
实施例3、实施例4和实施例5制备的钙钛矿薄膜和对比例1及对比例2钙钛矿薄膜的J-V曲线如图7所示，具体的参数如下表所示，从图中可以看出，从图中可以看出，有钝化层的电池性能明显高于参比器件的性能，而F的引入进一步使得器件的性能有了进一步的增长，在3-F-PEAI(实施例5)钝化的器件上获得了最佳的效果。
实施例 Voltage(V) Jsc(Ma·cm<sup>-2</sup>) FF(％) PCE(％)
对比例1 1.086 24.69 78.24 20.97
对比例2 1.143 24.75 78.23 22.14
实施例3 1.138 24.88 78.61 22.26
实施例4 1.149 24.73 78.28 22.24
实施例5 1.155 24.86 80.13 23.01
实施例6
本实施例中的CH3O-为间位，其余与实施例1相同。
实施例7
本实施例中的CH3O-为邻位，其余与实施例1相同。
实施例8
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.9mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为320nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的6％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为340nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEAI/IPA溶液中CH3O-PEAI的浓度为2mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例9
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为360nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的6.5％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为380nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEACl/IPA溶液中CH3O-PEACl的浓度为2.3mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例10
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.1mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为400nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的7％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为420nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为2.7mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例11
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.2mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为470nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的7.5％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为500nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为3mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例12
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.3mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为550nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的8％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为590nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为3.3mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例13
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.4mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为580nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的8.5％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为670nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为3.7mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例14
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.5mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为610nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的9％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为750nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为4mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例15
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.6mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为660nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的9.5％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为850nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为4.3mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例16
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.7mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为720nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的10％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为960nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为4.7mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例17
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.8mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为760nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的10.5％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为1050nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为5mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例18
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.9mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为800nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的11％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为1160nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为5.5mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例19
本实施例中，步骤3.1中钙钛矿前驱体溶液的浓度为2mol/L，形成的碘化铅薄膜的平均厚度为900nm；步骤3.2中，GAI摩尔数为FAI摩尔数的12％，制备出的钙钛矿薄膜的平均厚度为1270nm；步骤4中，滴加的CH3O-PEABr/IPA溶液中CH3O-PEABr的浓度为6mg/mL。
本实施例中未涉及的步骤与参数均与实施例1相同。
实施例20
本实施例中，步骤3.1中，在DMF和DMSO的混合溶剂(体积比为9:1)中加入SnI2，形成的为SnI2·DMSO复合薄膜，其余的与实施例1相同。其中，DMF为N,N-二甲基甲酰胺，DMSO为二甲基亚砜。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜为ABX3型，所述A由GA+、MA+和FA+组成，所述B为Pb2+或Sn2+，所述X由Cl-、Br-和I-组成；所述钙钛矿薄膜上附着有钝化剂，所述钝化剂为n-R-PEAZ；其中，R为CH3O或F-，n为苯环上的邻位、间位或对位，Z为Cl-、Br-或I-。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜的平均厚度为340-1270nm。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿薄膜中晶粒直径范围为0.5-2μm。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括由下到上依次堆叠的导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和金属电极。
5.一种钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，预处理导电玻璃衬底；
步骤2，在导电玻璃衬底上制备电子传输层；
步骤3，在电子传输层上制备BI2·DMSO复合薄膜，在BI2·DMSO复合薄膜中渗入有机盐溶液，加热后形成钙钛矿薄膜；所述B为Pb2+或Sn2+，所述有机盐溶液的溶质由FAI、MABr、MACl和GAI组成，溶剂为异丙醇；
步骤4，在钙钛矿薄膜上制备空穴传输层；
步骤5，在空穴传输层上制备金属电极。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述BI2·DMSO复合薄膜的制备方法为：将BI2加入至DMSO中，制备出钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液滴加到电子传输层上，将液体旋涂后加热，获得BI2·DMSO复合薄膜。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中BI2的浓度为0.9-2.0mol/L。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述有机盐溶液中FAI、MABr和MACl的质量比为10:1:1，GAI摩尔数为FAI摩尔数的6-12％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述FAI的浓度为50-105mg/mL。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，将有机盐溶液滴加到BI2·DMSO复合薄膜上，旋涂后加热。
11.根据权利要求5-10任意一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，在钙钛矿薄膜上滴加n-R-PEAZ和IPA混合溶液，旋涂后执行步骤4。
12.根据权利要求13的制备方法，其特征在于，所述CH3O-PEABr和IPA混合溶液中n-R-PEAZ的浓度为2-6mg/mL。
CN202110419644.4A 2021-04-19 2021-04-19 钙钛矿太阳电池及制备方法 Active CN113241409B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110419644.4A CN113241409B (zh) 2021-04-19 2021-04-19 钙钛矿太阳电池及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110419644.4A CN113241409B (zh) 2021-04-19 2021-04-19 钙钛矿太阳电池及制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113241409A true CN113241409A (zh) 2021-08-10
CN113241409B CN113241409B (zh) 2023-03-24

Family

ID=77128418

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110419644.4A Active CN113241409B (zh) 2021-04-19 2021-04-19 钙钛矿太阳电池及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113241409B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115843205A (zh) * 2023-02-20 2023-03-24 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种钙钛矿膜层的制备方法及钙钛矿太阳能电池

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014151522A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Perovskite and other solar cell materials
WO2016145860A1 (zh) * 2015-03-13 2016-09-22 北京大学 一种具有有机骨架结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109888105A (zh) * 2019-03-06 2019-06-14 陕西师范大学 一种新型钝化钙钛矿太阳电池及其制备方法
US20190292375A1 (en) * 2013-11-26 2019-09-26 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Mixed cation perovskite material devices
EP3563435A1 (en) * 2016-12-29 2019-11-06 Joint Stock Company Krasnoyarsk Hydropower Plant (JSC Krasnoyarsk HPP) Methods for producing light-absorbing materials with perovskite structure and liquid polyhalides of variable composition for their implementation
CN110931645A (zh) * 2019-12-18 2020-03-27 南开大学 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN111211248A (zh) * 2020-01-15 2020-05-29 南京理工大学 基于无铅钙钛矿薄膜的led器件及其制备方法
WO2020209916A2 (en) * 2019-01-14 2020-10-15 The University Of North Carolina At Chapel Hill Bilateral amines for defect passivation and surface protection in perovskite solar cells
WO2020256594A2 (en) * 2019-06-19 2020-12-24 Joint Stock Company Krasnoyarsk Hydropower Plant (Jsc Krasnoyarsk Hpp) A method for producing a semiconducting film of organic-inorganic metal-halide compound with perovskite-like structure

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014151522A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-25 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Perovskite and other solar cell materials
US20190292375A1 (en) * 2013-11-26 2019-09-26 Hunt Energy Enterprises, L.L.C. Mixed cation perovskite material devices
WO2016145860A1 (zh) * 2015-03-13 2016-09-22 北京大学 一种具有有机骨架结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
EP3563435A1 (en) * 2016-12-29 2019-11-06 Joint Stock Company Krasnoyarsk Hydropower Plant (JSC Krasnoyarsk HPP) Methods for producing light-absorbing materials with perovskite structure and liquid polyhalides of variable composition for their implementation
WO2020209916A2 (en) * 2019-01-14 2020-10-15 The University Of North Carolina At Chapel Hill Bilateral amines for defect passivation and surface protection in perovskite solar cells
CN109888105A (zh) * 2019-03-06 2019-06-14 陕西师范大学 一种新型钝化钙钛矿太阳电池及其制备方法
WO2020256594A2 (en) * 2019-06-19 2020-12-24 Joint Stock Company Krasnoyarsk Hydropower Plant (Jsc Krasnoyarsk Hpp) A method for producing a semiconducting film of organic-inorganic metal-halide compound with perovskite-like structure
CN110931645A (zh) * 2019-12-18 2020-03-27 南开大学 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN111211248A (zh) * 2020-01-15 2020-05-29 南京理工大学 基于无铅钙钛矿薄膜的led器件及其制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JING ZHUANG等: "Interfacial Passivation for Perovskite Solar Cells: The Effects of the Functional Group in Phenethylammonium Iodide", 《ACS ENERGY LETT.》 *
YAXIONG GUO等: "Reconfiguration of Interfacial and Bulk Energy Band Structure for High-Performance Organic and Thermal–Stability Enhanced Perovskite Solar Cells", 《SOL.RRL》 *
王蕾等: "界面钝化策略: 提高钙钛矿太阳能电池的稳定性", 《化学进展》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115843205A (zh) * 2023-02-20 2023-03-24 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种钙钛矿膜层的制备方法及钙钛矿太阳能电池
CN115843205B (zh) * 2023-02-20 2023-05-23 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种钙钛矿膜层的制备方法及钙钛矿太阳能电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN113241409B (zh) 2023-03-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108389967B (zh) 太阳能电池的吸光层材料、宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106558650B (zh) 一种柔性铜铟镓硒/钙钛矿叠层太阳能电池的制备方法
CN110993798B (zh) 基于多种铵盐协同后处理的钙钛矿型太阳能电池及其制备
CN111092160B (zh) 一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法
CN109728169B (zh) 一种掺杂有功能添加剂的钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN109888108B (zh) 一种生物大分子修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN108922970B (zh) 一种介孔型钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110335945B (zh) 一种双电子传输层无机钙钛矿太阳能电池及其制法和应用
CN108807680B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池
CN108447995B (zh) 前驱体溶液及其制备方法，太阳能电池电子传输层的制备及太阳能电池
CN112542549B (zh) 一种宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备和应用
CN115440893B (zh) 基于4-羟基苯乙基卤化铵盐修饰层的锡铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111211248A (zh) 基于无铅钙钛矿薄膜的led器件及其制备方法
CN109065724B (zh) 一种Mo-二氧化钛-AgNWs柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN108281553B (zh) 一种聚3,4-乙烯二氧噻吩包覆氧化钨纳米棒、制备方法及其应用
CN109873078B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111048422A (zh) 一种高效铯铅碘溴无机钙钛矿薄膜的制备方法及基于其的太阳能电池
CN114883503A (zh) 少层TiO2-MXene复合材料及其制备方法和应用
CN113241409B (zh) 钙钛矿太阳电池及制备方法
CN114678472A (zh) 一种FAPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法
CN108832001B (zh) 一种无铅钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法
CN110808333A (zh) 一种基于铜锌锡硫硒空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
TW202032806A (zh) 光吸收層、光電轉換元件、及太陽能電池
CN111403606B (zh) 一种掺杂番茄红素的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112687808A (zh) 一种基于硫酸盐掺杂的高稳定钙钛矿太阳能电池

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