CN113421967A - 一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该电池由下至上依次包括：阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极；所述钙钛矿吸光层制备方法为反溶剂法，所用反溶剂为含三嗪的氯苯溶液；所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸。本发明将三嗪类材料引入反溶剂影响了钙钛矿的结晶动力学，诱导钙钛矿取向生长，辅助大尺寸晶粒的生长；三聚氯氰、三聚氟氰还会参与钙钛矿结晶，改变钙钛矿材料的带隙，扩大吸收光谱，三聚氰胺、三聚氰酸与Pb离子发生配位反应，减少钙钛矿中的深能级缺陷，提升了器件光电转换效率；这使得钙钛矿太阳能电池的应用潜力大大增强。

Description

一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的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领域，具体涉及一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池由于具有载流子扩散距离长、吸光范围广、制备成本低廉、高光电转换效率的特点，在太阳能电池领域受到广泛关注。钙钛矿太阳能电池工作原理为：太阳光透过ITO透明电极和电子传输层入射到钙钛矿吸光层后被吸收，产生激子。随后激子在钙钛矿吸光层中发生分离，形成电子和空穴，二者分别注入到电子传输层和空穴传输层，最终分别被阴极和阳极所收集，并产生光电流和光电压。
研究表明，钙钛矿层作为钙钛矿太阳能电池的吸光部分，是整个器件的核心。目前，导致钙钛矿太阳能电池器件效率低于理论效率极限的主要原因是本身的深能级缺陷，深能级缺陷会导致非辐射复合，降低器件性能。此外，缺陷还会导致器件光稳定性、湿稳定性、热稳定性降低。因此，对钙钛矿的结晶动力学过程进行调控，可以减少钙钛矿层缺陷，调节钙钛矿层带隙，从而提高太阳能器件光电转化效率(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,16691–16696；Sol.Energ.Mat.Sol.C 211(2020)110527)。另外，反溶剂钝化后能在钙钛矿表面覆盖极薄的自组装层，抵挡水、氧的侵袭，材料与钙钛矿间存在氢键相互作用，有利于器件稳定性的提升(Adv.Energy Mater.2019,9,1900198；Science 371,636–640)。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过反溶剂在钙钛矿太阳能电池中引入三嗪类材料(三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸)，调节钙钛矿的结晶过程，减少并钝化深能级缺陷，调节钙钛矿带隙；与钙钛矿形成氢键相互作用，增强水氧抵挡能力，对于提高钙钛矿太阳能电池的性能以及稳定性具有重要意义。
本发明的目的至少通过如下技术方案予以实现：
一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极；所述钙钛矿吸光层制备方法为反溶剂法，所用反溶剂为含三嗪的氯苯溶液；所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸。
优选的，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO玻璃)或氟掺杂氧化锡玻璃(FTO玻璃)；所述电子传输层为SnO2(二氧化锡)，所述钙钛矿吸光层为MAPbI3，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD，所述阳极电极为银，所述阳极电极的厚度为60-120纳米。
优选的，所述含三嗪的氯苯溶液，浓度为0.02-1.0毫克/毫升。
上述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)清洗阴极基底，然后对所述阴极基底进行表面处理，得到表面处理后的阴极表面；
(2)在步骤(1)所述表面处理后的阴极表面上依次制备电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；
(3)在步骤(2)所述空穴传输层的表面蒸镀阳极电极，得到所述基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
优选的，步骤(1)所述表面处理包括：依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇对阴极基底各超声清洗15-20分钟；然后在70-80℃真空干燥箱中烘干；最后对清洗烘干后的阴极基底表面进行10-15分钟的等离子表面处理。
进一步优选的，步骤(1)所述表面处理包括：依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗20分钟；然后在80℃真空干燥箱中烘干；最后对清洗烘干后的阴极基底表面进行10分钟的等离子表面处理。
优选的，步骤(2)所述电子传输层的制备包括：将SnO2水溶液旋涂在表面处理后的阴极基底表面上，然后进行退火处理，得到所述电子传输层；其中，旋涂的转速为2000-4000转/分钟，旋涂的时间为20-60秒；退火处理的温度为130-180℃，退火处理的时间为30-60分钟；所述SnO2水溶液的质量分数为1％-2％。
进一步优选的，步骤(2)所述电子传输层的制备包括：将SnO2溶液旋涂在表面处理后的阴极基底表面上，然后进行退火处理，得到所述电子传输层；其中，旋涂的转速为2900转/分钟，旋涂的时间为30秒；退火处理的温度为170℃，退火处理的时间为60分钟，SnO2水溶液的质量分数为1.88％。
优选的，步骤(2)所述钙钛矿吸光层的制备包括：将碘化甲基铵、碘化铅加入DMF和DMSO的混合溶剂中，搅拌均匀，形成钙钛矿前驱液；然后将钙钛矿前驱液制备在电子传输层上，旋涂过程中滴加反溶剂，制备完毕进行退火处理，得到所述钙钛矿吸光层。
进一步优选的，所述DMF和DMSO的体积比为3：1-5：1；
进一步优选的，在所述钙钛矿前驱液中，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1-1.5摩尔/升；更优选的，在所述钙钛矿前驱液中，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1.2摩尔/升。
进一步优选的，所述搅拌均匀，可以在60℃条件下搅拌，使得碘化甲基铵和碘化铅完全溶解。
进一步优选的，所述钙钛矿前驱液使用体积为15-30微升。
进一步优选的，所述旋涂速率为3000-4500转/分钟，旋涂的时间为30-60秒；更优选的，所述旋涂的速率为3500转/分钟，旋涂的时间共40秒。
进一步优选的，所述反溶剂滴加时间为旋涂开始后第6-12秒；反溶剂滴加速度为在1-3秒滴加完毕。更优选的，第10秒滴加反溶剂；反溶剂滴加速度为在两秒内滴加完毕。
进一步优选的，所述退火处理的温度为80-140℃，退火处理的时间为10-30分钟。更优选的，所述退火处理的温度为100℃，退火处理的时间为20分钟。
进一步优选的，所述反溶剂为含三嗪的氯苯溶液，所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸；所述反溶剂中三嗪的浓度为0.02-1.0毫克/毫升，所述反溶剂用量为100-500微升；更优选的，反溶剂中三嗪的浓度为0.2毫克/毫升，所述反溶剂用量为为200微升。
进一步优选的，所述反溶剂与钙钛矿前驱液体积比为4：1-20：1；
优选的，步骤(2)所述空穴传输层的制备，包括：将2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴、三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液与4-叔丁基吡啶加入氯苯中，混合均匀，然后旋涂在所述钙钛矿吸光层上，移至干燥箱中，氧化10-20小时，得到所述空穴传输层；
进一步优选的，所述2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴与氯苯的质量体积比为60：1-80：1毫克/毫升；所述三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液的浓度为400-600毫克/毫升；所述三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液与4-叔丁基吡啶的体积比为1：1-1：3；所述4-叔丁基吡啶与氯苯的体积比为1：20-1：40；所述旋涂转速为2500-5000转/分钟；所述氧化时间为8-24小时。
更优选的，所述2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴与氯苯的质量体积比为72：1毫克/毫升；所述三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液的浓度为520毫克/毫升；所述三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液与4-叔丁基吡啶的体积比为3：5；所述4-叔丁基吡啶与氯苯的体积比为3：100；所述旋涂转速为2500-5000转/分钟；所述氧化时间为12小时。
优选的，步骤(3)所述表面蒸镀阳极电极，包括：将金属银在真空环境下热蒸发到空穴传输层表面，得到阳极电极；
进一步优选的，所述真空环境的真空度为1×10-4～6×10-4Pa；所述蒸发速度为每秒0.1-2埃；所述蒸发厚度为60-120纳米。
更优选的，所述真空环境真空度小于3×10-4Pa；所述蒸发速度为每秒0.1热蒸发60埃，每秒1埃蒸740埃；所述蒸发厚度共80纳米。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明提供的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过使用含三嗪的氯苯溶液做反溶剂，将三嗪材料引入钙钛矿，影响了钙钛矿的结晶动力学，诱导钙钛矿取向生长，辅助大尺寸晶粒的生长。三聚氯氰、三聚氟氰还会参与钙钛矿结晶，改变钙钛矿材料的带隙，扩大吸收光谱。三聚氰胺、三聚氰酸中的-NH2、-OH、C＝O与钙钛矿中的Pb离子发生配位反应，减少钙钛矿中的深能级缺陷。以上影响使得器件光电转换效率大大增加。
(2)三嗪类材料中的N、O、F、Cl与钙钛矿组分甲胺间形成氢键，抑制了钙钛矿的分解，有利于提高器件寿命。钙钛矿表面残余的覆盖层可以阻止水氧对钙钛矿的侵蚀。得益于缺陷的钝化、覆盖层的保护以及氢键相互作用，器件的稳定性与寿命增加。
附图说明
图1为本发明实施例的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明实施例的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池器件的制备方法流程图；
图3为实施例1的太阳能器件和对比例太阳能器件的电流密度与电压关系图。
图4为实施例1的钙钛矿薄膜和对比例钙钛矿薄膜的稳态荧光光谱图；
图5为实施例1的钙钛矿薄膜和对比例钙钛矿薄膜的SEM表征图。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施作进一步说明，但本发明的实施和保护不限于此。需指出的是，以下若有未特别详细说明之过程，均是本领域技术人员可参照现有技术实现或理解的。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，视为可以通过市售购买得到的常规产品。
本发明实施例提供一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池，其结构如图1所示，由下至上包括阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极。
所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃(ITO玻璃)。
所述电子传输层为氧化锡(SnO2)。
所述钙钛矿吸光层为MAPbI3。
所述空穴传输层为Spiro-oMeTAD。
所述阳极电极为银，其厚度为60-120纳米。
上述基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备工艺如图2所示，包括如下步骤：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗15-20分钟；此后在70-80℃干燥箱中烘干。
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)进行10-15分钟的表面等离子体处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO表面的功函数。
步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂SnO2溶液，转速为2000-4000转/分钟，时间为20-60秒，在130-180℃条件下退火处理30-60分钟形成电子传输层。
步骤4、在上述二氧化锡电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱液，启动匀胶机，转速为3000-4500转/分钟。
步骤5、在旋涂开始后第6-14秒滴加反溶剂，继续旋涂10-50秒，随后在加热台上80-140℃退火10-30分钟，形成钙钛矿吸光层。
步骤6、在上述钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层。
步骤7、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极电极银(Ag)，其厚度为60-120纳米。
上述步骤结束后得到基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
下面结合附图，对本发明性能较优实施例进一步详细说明。
实施例1
本实施例1中的基于三聚氟氰溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池器件结构：ITO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag。
上述钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗20分钟；此后在80℃干燥箱中烘干；
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的表面等离子体处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂SnO2水溶液(SnO2质量分数为1.88％)，转速为3500转/分钟，时间为40秒，在150℃条件下退火处理60分钟形成电子传输层；
步骤4、在上述二氧化锡电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱液，启动匀胶机。所述钙钛矿前驱体溶液为：将碘化甲基铵和碘化铅按1:1摩尔比溶解到DMF和DMSO的混合溶液(DMF和DMSO的体积比为4：1)中形成钙钛矿前驱液，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1.2摩尔/升，60℃条件下搅拌至完全溶解。滴加钙钛矿前驱液体积为20微升，匀胶机转速为3500转/分钟。
步骤5、在旋涂开始后第10秒滴加200微升反溶剂，继续旋涂30秒，随后在加热台上100℃退火20分钟，形成钙钛矿吸光层。反溶剂为三聚氟氰的氯苯溶液，三聚氟氰材料浓度为0.2毫克/毫升，两秒滴加完毕。
步骤6、在上述钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层，转速为4000转/分钟，时间为30秒，移至干燥箱中氧化12小时，制得空穴传输层。所述空穴传输层为72毫克2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、17.5微升三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)的乙腈溶液(520毫克/毫升)与28.5微升4-叔丁基吡啶(tBP)共溶于1毫升氯苯的混合液。
步骤7、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极电极银，其厚度为80纳米。
上述步骤结束后得到基于三聚氟氰溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
对比例
对比例与实施例1的步骤基本相同，唯一不同之处在于所用反溶剂为氯苯，其余参数均与实施例1相同，对比例制得的一种基于氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
图3为实施例1的基于三聚氟氰溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池与比较例中基于氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的电流密度与电压关系曲线图；其中的氯苯曲线为对比例中基于氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的电流密度与电压曲线，三聚氟氰溶液曲线为实施例1的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的电流密度与电压曲线；从附图3可以看出对比例中基于氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池其开路电压(Voc)为1.11V,短路电流密度(Jsc)为22.01mA/cm2，填充因子(FF)为75.51％；实施例1的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池其开路电压(Voc)为1.13V,短路电流密度(Jsc)为22.82mA/cm2，填充因子(FF)为78.04％。可见，反溶剂中添加了三聚氟氰后，钙钛矿太阳能电池器件的短路电流密度、开路电压和填充因子都有明显提升。
实施例2
本实施例2中的基于三聚氯氰溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池器件结构：ITO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag。
上述钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗20分钟；此后在80℃干燥箱中烘干；
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的表面等离子体处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂SnO2水溶液(SnO2质量分数为1.88％)，转速为3500转/分钟，时间为40秒，在150℃条件下退火处理60分钟形成电子传输层；
步骤4、在上述二氧化锡电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱液，启动匀胶机。所述钙钛矿前驱体溶液为：将碘化甲基铵和碘化铅按1:1摩尔比溶解到DMF和DMSO的混合溶液(DMF和DMSO的体积比为4：1)中形成钙钛矿前驱液，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1.2摩尔/升，60℃条件下搅拌至完全溶解。滴加钙钛矿前驱液体积为20微升，匀胶机转速为3500转/分钟。
步骤5、在旋涂开始后第10秒滴加200微升反溶剂，继续旋涂30秒，随后在加热台上100℃退火20分钟，形成钙钛矿吸光层。反溶剂为三聚氯氰的氯苯溶液，三聚氯氰材料浓度为0.2毫克/毫升，两秒滴加完毕。
步骤6、在上述钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层，转速为4000转/分钟，时间为30秒，移至干燥箱中氧化12小时，制得空穴传输层。所述空穴传输层为72毫克2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、17.5微升三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)的乙腈溶液(520毫克/毫升)与28.5微升4-叔丁基吡啶(tBP)共溶于1毫升氯苯的混合液。
步骤7、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极电极银，其厚度为80纳米。
上述步骤结束后得到基于三聚氯氰溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
实施例3
本实施例3中的基于三聚氰酸溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池器件结构：ITO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag。
上述钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗20分钟；此后在80℃干燥箱中烘干；
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的表面等离子体处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂SnO2水溶液(SnO2质量分数为1.88％)，转速为3500转/分钟，时间为40秒，在150℃条件下退火处理60分钟形成电子传输层；
步骤4、在上述二氧化锡电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱液，启动匀胶机。所述钙钛矿前驱体溶液为：将碘化甲基铵和碘化铅按1:1摩尔比溶解到DMF和DMSO的混合溶液(DMF和DMSO的体积比为4：1)中形成钙钛矿前驱液，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1.2摩尔/升，60℃条件下搅拌至完全溶解。滴加钙钛矿前驱液体积为20微升，匀胶机转速为3500转/分钟。
步骤5、在旋涂开始后第10秒滴加200微升反溶剂，继续旋涂30秒，随后在加热台上100℃退火20分钟，形成钙钛矿吸光层。反溶剂为三聚氰酸的氯苯溶液，三聚氰酸材料浓度为0.2毫克/毫升，两秒滴加完毕。
步骤6、在上述钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层，转速为4000转/分钟，时间为30秒，移至干燥箱中氧化12小时，制得空穴传输层。所述空穴传输层为72毫克2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、17.5微升三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)的乙腈溶液(520毫克/毫升)与28.5微升4-叔丁基吡啶(tBP)共溶于1毫升氯苯的混合液。
步骤7、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极电极银，其厚度为80纳米。
上述步骤结束后得到基于三聚氰酸溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
实施例4
本实施例4中的基于三聚氰胺溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池器件结构：ITO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Ag。
上述钙钛矿太阳能电池的制备工艺流程如下：
步骤1、依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇各超声清洗20分钟；此后在80℃干燥箱中烘干；
步骤2、对所述清洗烘干的阴极基底(ITO)表面进行10分钟的表面等离子体处理，该处理方法利用微波下生成臭氧的强氧化性来清洗ITO表面残留有机物等，同时可以使ITO表面氧空位提高，提高ITO表面的功函数；
步骤3、在经过步骤2处理过的ITO表面旋涂SnO2水溶液(SnO2质量分数为1.88％)，转速为3500转/分钟，时间为40秒，在150℃条件下退火处理60分钟形成电子传输层；
步骤4、在上述二氧化锡电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱液，启动匀胶机。所述钙钛矿前驱体溶液为：将碘化甲基铵和碘化铅按1:1摩尔比溶解到DMF和DMSO的混合溶液(DMF和DMSO的体积比为4：1)中形成钙钛矿前驱液，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1.2摩尔/升，60℃条件下搅拌至完全溶解。滴加钙钛矿前驱液体积为20微升，匀胶机转速为3500转/分钟。
步骤5、在旋涂开始后第10秒滴加200微升反溶剂，继续旋涂30秒，随后在加热台上100℃退火20分钟，形成钙钛矿吸光层。反溶剂为三聚氰胺的氯苯溶液，三聚氰胺材料浓度为0.2毫克/毫升，两秒滴加完毕。
步骤6、在上述钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层，转速为4000转/分钟，时间为30秒，移至干燥箱中氧化12小时，制得空穴传输层。所述空穴传输层为72毫克2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、17.5微升三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)的乙腈溶液(520毫克/毫升)与28.5微升4-叔丁基吡啶(tBP)共溶于1毫升氯苯的混合液。
步骤7、在上述空穴传输层表面蒸镀阳极电极银，其厚度为80纳米。
上述步骤结束后得到基于三聚氰胺溶液反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
下述表1为对比例与实施例1-4制备得到的钙钛矿太阳能电池各参数对比，测试是在100毫瓦/平方厘米的太阳光模拟器下进行。
表1
Figure BDA0003106956810000141
从表1可以发现，实施例1的短路电流密度(Jsc)从22.01mA/cm2提升到22.82mA/cm2，填充因子(FF)从75.51％提升到78.04％，开路电压(Voc)从1.11V提升到1.13V，这说明了反溶剂中加入三聚氟氰材料以后的钙钛矿太阳能电池的内部缺陷得到有效抑制，光吸收和转化效率都得到提升。其光电转换效率从18.41％提升到20.11％。同时，相比于对比例，实施例2-4的器件光电转换效率均有不同程度的提高，即三聚氯氰、三聚氰酸、三聚氰胺都有改善器件光电转换效率的功能。这说明含三嗪类材料溶液做反溶剂能有效辅助钙钛矿结晶，辅助大晶粒钙钛矿的生长；此外，三嗪类材料能钝化钙钛矿的深能级缺陷，减少其造成的载流子复合，从而提高短路电流密度。
图4为三聚氟氰修饰前后钙钛矿薄膜的归一化稳态荧光光谱图，可见经过三聚氟氰修饰后钙钛矿荧光峰向高波长移动，说明三聚氟氰可能参与钙钛矿结晶，使得带隙变窄，这有利于钙钛矿吸收更高波长的光，提高短路电流。
图5为三聚氟氰修饰前后钙钛矿薄膜表面的扫描电子显微镜图。可见，经过三聚氟氰修饰后钙钛矿表面结晶性明显提高，晶粒尺寸也更大，这有利于提高太阳能电池器件的性能以及稳定性。
以上实施例仅为本发明较优的实施方式，仅用于解释本发明，而非限制本发明，本领域技术人员在未脱离本发明精神实质下所作的改变、替换、修饰等均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，由下至上依次包括：阴极基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极电极；所述钙钛矿吸光层制备方法为反溶剂法，所用反溶剂为含三嗪的氯苯溶液；所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸。
2.根据权利要求1所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述阴极基底为铟锡氧化物玻璃或氟掺杂氧化锡玻璃；所述电子传输层为SnO2，所述钙钛矿吸光层为MAPbI3，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD，所述阳极电极为银，所述阳极电极的厚度为60-120纳米。
3.一种权利要求1-2任一项所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂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：
(1)清洗阴极基底，然后对所述阴极基底进行表面处理，得到表面处理后的阴极表面；
(2)在步骤(1)所述表面处理后的阴极表面上依次制备电子传输层、钙钛矿吸光层和空穴传输层；
(3)在步骤(2)所述空穴传输层的表面蒸镀阳极电极，得到所述基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池。
4.根据权利要求3所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述表面处理包括：依次用洗洁精、去离子水、丙酮、无水乙醇、异丙醇对阴极基底各超声清洗15-20分钟；然后在70-80℃真空干燥箱中烘干；最后对清洗烘干后的阴极基底表面进行10-15分钟的等离子表面处理。
5.根据权利要求3所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电子传输层的制备包括：将SnO2水溶液旋涂在表面处理后的阴极基底表面上，然后进行退火处理，得到所述电子传输层；其中，旋涂的转速为2000-4000转/分钟，旋涂的时间为20-60秒；退火处理的温度为130-180℃，退火处理的时间为30-60分钟；所述SnO2水溶液的质量分数为1％-2％。
6.根据权利要求3所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述钙钛矿吸光层的制备包括：将碘化甲基铵、碘化铅加入DMF和DMSO的混合溶剂中，搅拌均匀，形成钙钛矿前驱液；然后将钙钛矿前驱液制备在电子传输层上，旋涂过程中滴加反溶剂，制备完毕进行退火处理，得到所述钙钛矿吸光层。
7.根据权利要求6所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述DMF和DMSO的体积比为3：1-5：1；在所述钙钛矿前驱液中，碘化甲基铵和碘化铅的浓度均为1-1.5摩尔/升；
所述旋涂速率为3000-4500转/分钟，旋涂的时间为30-60秒；所述退火处理的温度为80-140℃，退火处理的时间为10-30分钟。
8.根据权利要求6所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述反溶剂为含三嗪的氯苯溶液，所述三嗪为三聚氯氰、三聚氟氰、三聚氰胺、三聚氰酸；所述反溶剂中三嗪的浓度为0.02-1.0毫克/毫升；所述反溶剂与钙钛矿前驱液体积比为4：1-20：1。
9.根据权利要求3所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述空穴传输层的制备，包括：将2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴、三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液与4-叔丁基吡啶加入氯苯中，混合均匀，然后旋涂在所述钙钛矿吸光层上，移至干燥箱中，氧化10-20小时，得到所述空穴传输层；所述2,2,7,7-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9-螺二芴与氯苯的质量体积比为60：1-80：1毫克/毫升；所述三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液的浓度为400-600毫克/毫升；所述三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液与4-叔丁基吡啶的体积比为1：1-1：3；所述4-叔丁基吡啶与氯苯的体积比为1：20-1：40；所述旋涂转速为2500-5000转/分钟；所述氧化时间为8-24小时。
10.根据权利要求3所述的基于含三嗪的氯苯反溶剂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述表面蒸镀阳极电极，包括：将金属银在真空环境下热蒸发到空穴传输层表面，得到阳极电极；所述真空环境的真空度为1×10-4～6×10-4Pa；所述蒸发速度为每秒0.1-2埃；所述蒸发厚度为60-120纳米。
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