CN113506853B - 一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品 - Google Patents
一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113506853B CN113506853B CN202110713882.6A CN202110713882A CN113506853B CN 113506853 B CN113506853 B CN 113506853B CN 202110713882 A CN202110713882 A CN 202110713882A CN 113506853 B CN113506853 B CN 113506853B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tin
- based perovskite
- precursor solution
- perovskite
- heterojunction
- 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
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 110
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 95
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 94
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 60
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 21
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 66
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 48
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 44
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 24
- JTDNNCYXCFHBGG-UHFFFAOYSA-L tin(ii) iodide Chemical compound I[Sn]I JTDNNCYXCFHBGG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 4
- 229940108184 stannous iodide Drugs 0.000 claims description 4
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 13
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 12
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 9
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 5
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 4
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000013082 photovoltaic technology Methods 0.000 description 3
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 2
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 2
- 235000012601 Euterpe oleracea Nutrition 0.000 description 1
- 244000207620 Euterpe oleracea Species 0.000 description 1
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000003650 acai Nutrition 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000005297 material degradation process Methods 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 238000010129 solution processing 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
- 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
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
-
- 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
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/88—Passivation; Containers; Encapsulations
-
- 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
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- 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
Abstract
本发明公开了一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品,包括,配制锡基钙钛矿前驱体混合溶液:分别配制含有A和B不同组分的锡基钙钛矿前驱体溶液,待上述溶液完全溶解后,再将其按照一定的比例混合,得到包含两种不同组分(A/B)的钙钛矿前驱体溶液,称之为钙钛矿前驱体混合溶液;将钙钛矿前驱体混合溶液滴涂在衬底1上,利用一步旋涂法制膜,退火后即得到具有异质结结构的锡基钙钛矿薄膜2。本发明制备的异质结钙钛矿薄膜,能有效提升薄膜的结晶性,且晶粒尺寸更大。该方法简单实用,成本低,易推广,能够有效改善锡基钙钛矿光电器件性能。
Description
技术领域
本发明属于钙钛矿光伏技术领域,具体涉及到一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品。
背景技术
钙钛矿光伏技术是当前太阳能电池研究领域的热点,具有高光电转换效率和低成本溶液法加工的特点。特别是以锡基钙钛矿薄膜为核心的非铅钙钛矿太阳能电池,由于锡元素是一种环境友好的元素,避免了钙钛矿光伏技术商业化应用中的环保问题。此外,锡基钙钛矿薄膜具有高载流子迁移率、优异的吸光系数以及低的激子解离能等光物理性质,有望实现高效的钙钛矿光电器件应用。
目前,在锡基钙钛矿薄膜在溶液法制备过程中,由于结晶速率快,容易造成晶粒尺寸较小,尺寸分布不均匀以及结晶性较低等。这些问题往往会加大薄膜中的非辐射复合概率,降低光电性能和载流子迁移率,同时引起材料降解。另外,锡基钙钛矿薄膜中的二价锡元素容易自发氧化为四价锡,造成器件性能下降。在已有的文献报道中,利用组分工程制备不同尺寸有机阳离子掺杂的异质结锡基钙钛矿薄膜是改善薄膜质量的重要途径。
但是,将所有组分原料溶解在同一溶剂中,会导致钙钛矿在结晶过程中,不同相结构的钙钛矿晶体随机成长,产生不利的相结构分布,造成载流子传输受限,降低器件性能和重复性。因此,进一步开发合适的工艺,制备高质量的异质结锡基钙钛矿薄膜对于实现高效环保的钙钛矿光伏技术具有十分重要的意义。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有技术中存在的问题,提出了本发明。
因此,本发明的目的是,克服现有技术中的不足,提供一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法。
为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,包括,
取碘化亚锡SnI2以及CH3NH3I或NH2CH=NH2I中的一种或两种,溶于有机溶剂中,室温下,搅拌得到A组分锡基钙钛矿前驱体溶液;
取碘化亚锡SnI2以及(NH2)2CH=NH2I(GuAI)、CH3NH2CH=NH2I(AcAI)或C6H5CH2CH2NH3I(PEAI)中的一种,溶于有机溶剂中,室温下,搅拌得到B组分锡基钙钛矿前驱体溶液;
将分别配制好的A组分和B组分锡基钙钛矿前驱体溶液进行混合,得到含有不同A/B组分比例的锡基钙钛矿前驱体混合溶液;
将制备得到的锡基钙钛矿前驱体混合溶液,滴涂在衬底上,利用旋涂仪旋涂制膜,并通过热处理形成具有A/B异质结结构的锡基钙钛矿薄膜。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述异质结锡基钙钛矿的结构为(FA0.75MA0.25)1-nGuAnSnI3,其中,FA为NH2CH=NH2 +,MA为CH3NH3I+,GuA为(NH2)2CH=NH2 +,各下标数字为摩尔比,0<n<1。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述A组分锡基钙钛矿前驱体溶液中SnI2:NH2CH=NH2I:CH3NH3I的比例为1:0.75:0.25。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述搅拌得到A组分锡基钙钛矿前驱体溶液,其中,搅拌时间为100~200h;所述A组分锡基钙钛矿前驱体溶液浓度为0.8~1.2M。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述A组分锡基钙钛矿前驱体溶液,其溶剂为DMF和DMSO中的一种或两种。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述B组分锡基钙钛矿前驱体溶液中SnI2:(NH2)2CH=NH2I比例为1:1。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述B组分锡基钙钛矿前驱体溶液浓度为0.8~1.2M;所述搅拌得到B组分锡基钙钛矿前驱体溶液,其中,搅拌时间为150h,其溶剂为DMF和DMSO中的一种或两种。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述旋涂制膜,其转速为6000rpm,热处理温度为100℃,退火时间为10min。
作为本发明所述异质结锡基钙钛矿薄膜制备方法的一种优选方案,其中:所述将分别配制好的A组分和B组分锡基钙钛矿前驱体溶液进行混合,其中,A组分前驱体溶液和B组分前驱体溶液的体积比例为7~9:1~3。
本发明的再一个目的是,克服现有技术中的不足,提供一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法制得的产品。
本发明有益效果:
本发明提供一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,通过配制混合钙钛矿前驱体溶液,避免了不同组分钙钛矿前驱体溶液在配制过程中的相互影响,所制备的异质结锡基钙钛矿薄膜中次晶相钙钛矿主要存在于主晶相钙钛矿晶界,可以有效地保护钙钛矿薄膜中的晶界,钝化缺陷;同时提高主晶相钙钛矿晶粒尺寸和结晶性,进而提高锡基钙钛矿光电器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:
图1为本发明实施例中利用钙钛矿前驱体混合溶液制备异质结锡基钙钛矿薄膜的示意图,其中,A和B分别为含有A和B不同组分的锡基钙钛矿前驱体溶液,1为衬底,2为具有异质结结构的锡基钙钛矿薄膜;
图2为本发明实施例1中制备的锡基钙钛矿薄膜的SEM图,其中,(a)为直接法制得的薄膜的SEM图,(b)为混合法制得的薄膜的SEM图;
图3为本发明实施例1中制备的锡基钙钛矿薄膜的X射线衍射图;
图4为本发明实施例1中制备的锡基钙钛矿电池的J-V曲线图;
图5是本发明实施例2中制备的锡基钙钛矿薄膜的SEM图,其中,(a)为直接法制得的薄膜的SEM图,(b)为混合法制得的薄膜的SEM图;
图6是本发明实施例2中制备的锡基钙钛矿薄膜的X射线衍射图;
图7是本发明实施例1中制备的锡基钙钛矿电池的J-V曲线图;
图8是本发明实施例3中制备的锡基钙钛矿薄膜的SEM图,其中,(a)为直接法制得的薄膜的SEM图,(b)为混合法制得的薄膜的SEM图;
图9是本发明实施例3中制备的锡基钙钛矿薄膜的X射线衍射图;
图10是本发明实施例3中制备的锡基钙钛矿电池的J-V曲线图;
图11是本发明实施例4中制备的锡基钙钛矿薄膜的SEM图,其中,(a)为直接法制得的薄膜的SEM图,(b)为混合法制得的薄膜的SEM图;
图12是本发明实施例4中制备的锡基钙钛矿薄膜的X射线衍射图;
图13是本发明实施例4中制备的锡基钙钛矿电池的J-V曲线图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
鸡尾酒混合法配置FA0.7125MA0.2375GuA0.05SnI3钙钛矿前驱体溶液;钙钛矿前驱体溶液A和钙钛矿前驱体溶液B的比例为0.95:0.05,具体步骤如下:
(1)配制FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液A:称取372mg SnI2,129mg FAI,40mgMAI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150h,即形成FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液A。
(2)配制GuASnI3钙钛矿前驱体溶液B:称取372mg SnI2,187mg GuAI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150h,即形成GuASnI3钙钛矿前驱体溶液B。
(3)取950μL FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液,50μL GuASnI3钙钛矿前驱体溶液,将其混合并置于磁力搅拌器上搅拌2h,即形成混合FA0.7125MA0.2375GuA0.05SnI3钙钛矿前驱体溶液。
(4)将FA0.7125MA0.2375GuA0.05SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
直接法配置混合FA0.7125MA0.2375GuA0.05SnI3钙钛矿前驱体溶液:
直接法:称取372mg SnI2,123mg FAI,38mg MAI,9mg GuAI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150h,即形成FA0.7125MA0.2375GuA0.05SnI3钙钛矿前驱体溶液。
将直接配制的FA0.7125MA0.2375GuA0.05SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
制备锡基钙钛矿太阳能电池:锡基钙钛矿太阳能电池的结构为ITO/PEDOT:PSS/吸光层/C60/BCP/Ag。
其中PEDOT:PSS为空穴传输层,利用旋涂法制备;
吸光层为利用两种不同的方法制备的锡基钙钛矿薄膜;
C60为电子传输层,膜厚为20nm;BCP为空穴阻挡层,膜厚为10nm;Ag为对电极,厚度为80nm,这三层均使用真空蒸镀法制备。
对将用两种不同的制备方法获得的钙钛矿薄膜进行X射线衍射测试和SEM测试,以及将相应的锡基钙钛矿太阳能电池在模拟太阳光100mW/cm2 AM 1.5G的光强下,用Keithley 2400进行测试电流-电压的变化。
实施例2
鸡尾酒混合法配置FA0.675MA0.225GA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液;钙钛矿前驱体溶液A和钙钛矿前驱体溶液B的比例为9:1,具体步骤如下:
(1)配制FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液A:称取372mg SnI2,129mg FAI,40mgMAI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150h,即形成FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液A。
(2)配制GuASnI3钙钛矿前驱体溶液B:称取372mg SnI2,187mg GuAI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150h,即形成GuASnI3钙钛矿前驱体溶液B。
(3)取900μL FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液,100μL GuASnI3钙钛矿前驱体溶液,将其混合并置于磁力搅拌器上搅拌2h,即形成混合FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液;
(4)将FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
直接法配置混合FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液。
直接法:称取372mg SnI2,116mg FAI,36mg MAI,19mg GuAI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150h,即形成FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液。
将直接配制的FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
制备锡基钙钛矿太阳能电池:此锡基钙钛矿太阳能电池的结构为ITO/PEDOT:PSS/吸光层/C60/BCP/Ag。
其中PEDOT:PSS为空穴传输层,利用旋涂法制备;吸光层为我们利用两种不同的方法制备的锡基钙钛矿薄膜;C60为电子传输层,膜厚为20nm;BCP为空穴阻挡层,膜厚为10nm;Ag为对电极,厚度为80nm,这三层均使用真空蒸镀法制备。
对将用两种不同的制备方法获得的钙钛矿薄膜进行X射线衍射测试和SEM测试,以及将相应的锡基钙钛矿太阳能电池在模拟太阳光100mW/cm2AM 1.5G的光强下,用Keithley2400进行测试电流-电压的变化。
实施例3
鸡尾酒混合法配置FA0.6MA0.2GuA0.2SnI3钙钛矿前驱体溶液;此时钙钛矿前驱体溶液A和钙钛矿前驱体溶液B的比例为8:2,具体步骤如下:
(1)配制FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液A:称取372mg SnI2,129mg FAI,40mgMAI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150h以上,即形成FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液。
(2)配制GuASnI3钙钛矿前驱体溶液B:称取372mg SnI2,187mg GuAI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150h以上,即形成GuASnI3钙钛矿前驱体溶液。
(3)取800μL FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液,200μL GuASnI3钙钛矿前驱体溶液,将其混合并置于磁力搅拌器上搅拌2h,即形成混合FA0.6MA0.2GuA0.2SnI3钙钛矿前驱体溶液。
(4)将FA0.6MA0.2GuA0.2SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
直接法配置混合FA0.6MA0.2GuA0.2SnI3钙钛矿前驱体溶液。
直接法:称取372mg SnI2,103mgFAI,32mg MAI,37mg GuAI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150h,即形成FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液。
将直接配制的FA0.675MA0.225GuA0.1SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
制备锡基钙钛矿太阳能电池:此锡基钙钛矿太阳能电池的结构为ITO/PEDOT:PSS/吸光层/C60/BCP/Ag,其中PEDOT:PSS为空穴传输层,利用旋涂法制备;吸光层为我们利用两种不同的方法制备的锡基钙钛矿薄膜;C60为电子传输层,膜厚为20nm;BCP为空穴阻挡层,膜厚为10nm;Ag为对电极,厚度为80nm,这三层均使用真空蒸镀法制备。
对将用两种不同的制备方法获得的钙钛矿薄膜进行X射线衍射测试和SEM测试,以及将相应的锡基钙钛矿太阳能电池在模拟太阳光100mW/cm2 AM 1.5G的光强下,用Keithley 2400进行测试电流-电压的变化。
实施例4
鸡尾酒混合法配置FA0.525MA0.175GuA0.3SnI3钙钛矿前驱体溶液,此时钙钛矿前驱体溶液A和钙钛矿前驱体溶液B的比例为7:3,具体步骤如下:
(1)配制FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液A:称取372mg SnI2,129mg FAI,40mgMAI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150h以上,即形成FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液。
(2)配制GuASnI3钙钛矿前驱体溶液B:称取372mg SnI2,187mg GuAI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150h以上,即形成GuASnI3钙钛矿前驱体溶液。
(3)取700μL FA0.75MA0.25SnI3钙钛矿前驱体溶液,300μL GuASnI3钙钛矿前驱体溶液,将其混合并置于磁力搅拌器上搅拌2h,即形成混合FA0.525MA0.175GuA0.3SnI3钙钛矿前驱体溶液。
(4)将FA0.525MA0.175GuA0.3SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
直接法配置混合FA0.525MA0.175GuA0.3SnI3钙钛矿前驱体溶液:
直接法:称取372mg SnI2,90mgFAI,28mg MAI,56mg GuAI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150h,即形成FA0.525MA0.175GuA0.3SnI3钙钛矿前驱体溶液。
将直接配制的FA0.525MA0.175GuA0.3SnI3钙钛矿前驱体溶液旋涂在ITO/PEDOT:PSS衬底上,旋涂时的转速为6000rpm,旋涂时间为60s,在100℃的热台上退火10min后得到锡基钙钛矿薄膜,其厚度为200nm。
制备锡基钙钛矿太阳能电池:此锡基钙钛矿太阳能电池的结构为ITO/PEDOT:PSS/吸光层/C60/BCP/Ag。其中PEDOT:PSS为空穴传输层,利用旋涂法制备;吸光层为我们利用两种不同的方法制备的锡基钙钛矿薄膜;C60为电子传输层,膜厚为20nm;BCP为空穴阻挡层,膜厚为10nm;Ag为对电极,厚度为80nm,这三层均使用真空蒸镀法制备。
对将用两种不同的制备方法获得的钙钛矿薄膜进行X射线衍射测试和SEM测试,以及将相应的锡基钙钛矿太阳能电池在模拟太阳光100mW/cm2 AM 1.5G的光强下,用Keithley 2400进行测试电流-电压的变化。
从图2可以看出当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例为0.95:0.05时,用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸更加均匀、晶粒尺寸更大;
从图3可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例为0.95:0.05时,用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜结晶性更好,但此时两种方法制备的薄膜都没有分相的存在;从图4可以看出,在这种比例下,混合法制备的薄膜作为电池的吸光层可以获得更好的效率。
从图5可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例为9:1时,用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸更加均匀、晶粒尺寸更大;从图6可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例为9:1时,用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜结晶性更好,且明显观察到薄膜中存在两种钙钛矿相;从图7可以看出,在这种比例下,混合法制备的薄膜作为电池的吸光层可以获得更好的效率。
从图8可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例变为8:2时,用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜的晶粒尺寸更加均匀、晶粒尺寸更大,结果与比例为9:1时相似;从图9可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例变为8:2时,用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜结晶性更好,且明显观察到薄膜中存在两种钙钛矿相,结果与比例为9:1时相似;从图10可以看出,在这种比例下,混合法制备的薄膜作为电池的吸光层可以获得更好的效率。
从图11可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例变为7:3时,用直接法制备的薄膜出现大量孔洞,相比于直接法,用混合法制备的薄膜中没有孔洞的存在,但是其晶界模糊,相对于低比例,其形貌变差;从图12可以看出,当FA0.75MA0.25SnI3和GuASnI3的比例变为7:3时,用两种方法制备的薄膜中都观察到分相的存在,但是用混合法制备的钙钛矿薄膜相比于用直接法制备的钙钛矿薄膜结晶性更好;从图13可以看出,在这种比例下,混合法制备的薄膜作为电池的吸光层可以获得更好的效率,但是由于薄膜的形貌太差,相比于低比例时,其效率变差。
本发明提供一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,通过配制混合钙钛矿前驱体溶液,避免了不同组分钙钛矿前驱体溶液在配制过程中的相互影响,所制备的异质结锡基钙钛矿薄膜中次晶相钙钛矿主要存在于主晶相钙钛矿晶界,可以有效地保护钙钛矿薄膜中的晶界,钝化缺陷;同时提高主晶相钙钛矿晶粒尺寸和结晶性,进而提高锡基钙钛矿光电器件的性能。
应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:包括,
取碘化亚锡SnI2以及CH3NH3I或NH2CH=NH2I中的一种或两种,溶于有机溶剂中,室温下,搅拌得到A组分锡基钙钛矿前驱体溶液;
取碘化亚锡SnI2以及(NH2)2CH=NH2I、CH3NH2CH=NH2I或C6H5CH2CH2NH3I中的一种,溶于有机溶剂中,室温下,搅拌得到B组分锡基钙钛矿前驱体溶液;
将分别配制好的A组分和B组分锡基钙钛矿前驱体溶液进行混合,得到含有不同A/B组分比例的锡基钙钛矿前驱体混合溶液;
将制备得到的锡基钙钛矿前驱体混合溶液,滴涂在衬底上,利用旋涂仪旋涂制膜,并通过热处理形成具有A/B异质结结构的锡基钙钛矿薄膜;
所述异质结锡基钙钛矿的结构为(FA0.75MA0.25)1-nGuAnSnI3,其中,FA为NH2CH=NH2 +,MA为CH3NH3I+,GuA为(NH2)2CH=NH2 +,各下标数字为摩尔比,0<n<1;
其中,A组分前驱体溶液和B组分前驱体溶液的体积比例为7~9:1~3。
2.如权利要求1所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:所述A组分锡基钙钛矿前驱体溶液中SnI2:NH2CH=NH2I:CH3NH3I的比例为1:0.75:0.25。
3.如权利要求1所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:所述搅拌得到A组分锡基钙钛矿前驱体溶液,其中,搅拌时间为100~200h;所述A组分锡基钙钛矿前驱体溶液浓度为0.8~1.2M。
4.如权利要求3所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:所述A组分锡基钙钛矿前驱体溶液,其溶剂为DMF和DMSO中的一种或两种。
5.如权利要求1所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:所述B组分锡基钙钛矿前驱体溶液中SnI2:(NH2)2CH=NH2I比例为1:1。
6.如权利要求1所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:所述B组分锡基钙钛矿前驱体溶液浓度为0.8~1.2M;所述搅拌得到B组分锡基钙钛矿前驱体溶液,其中,搅拌时间为150h,其溶剂为DMF和DMSO中的一种或两种。
7.如权利要求1所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法,其特征在于:所述旋涂制膜,其转速为6000rpm,热处理温度为100℃,退火时间为10min。
8.权利要求1~7中任一所述异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法制得的产品。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110713882.6A CN113506853B (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110713882.6A CN113506853B (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113506853A CN113506853A (zh) | 2021-10-15 |
CN113506853B true CN113506853B (zh) | 2024-04-12 |
Family
ID=78010676
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110713882.6A Active CN113506853B (zh) | 2021-06-25 | 2021-06-25 | 一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113506853B (zh) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114447301B (zh) * | 2022-01-21 | 2023-03-10 | 合肥国轩高科动力能源有限公司 | 一种三元正极材料、其制备方法及应用 |
Citations (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015189551A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | Isis Innovation Limited | Heterojunction device |
CN106450007A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-22 | 济南大学 | 一种基于碘化亚铜/钙钛矿体异质结的太阳能电池及制备方法 |
CN106654020A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 体异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池 |
CN106653927A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-10 | 济南大学 | 一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法 |
KR101798549B1 (ko) * | 2016-09-23 | 2017-11-17 | 재단법인대구경북과학기술원 | 유무기 하이브리드 페로브스카이트 광활성층의 제조방법, 이에 의해 제조되는 광활성층 및 이를 포함하는 태양전지 |
CN108666428A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-16 | 石家庄铁道大学 | 一种钙钛矿单晶薄膜太阳能电池制备方法及器件 |
CN109346604A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-02-15 | 浙江师范大学 | 一种钙钛矿太阳能电池 |
CN109478596A (zh) * | 2016-08-03 | 2019-03-15 | 南洋理工大学 | 卤化物钙钛矿薄膜和包含其的太阳能电池及其形成方法 |
WO2019054647A1 (ko) * | 2017-09-12 | 2019-03-21 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 태양전지의 제조 방법 |
CN109713126A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-03 | 西安电子科技大学 | 基于宽禁带半导体/钙钛矿异质结的宽频光电探测器 |
EP3486960A1 (en) * | 2017-11-20 | 2019-05-22 | Universidad De Córdoba | Optoelectronic device comprising guanidinium in the organic-inorganic perovskite |
CN109888098A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-06-14 | 杨富强 | 一种在钙钛矿层中掺入硫化亚铜的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
CN109904320A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-18 | 合肥工业大学 | 一种基于钙钛矿-有机半导体异质结的高性能光电晶体管及其制备方法 |
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 |
CN110491998A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-22 | 通威太阳能(成都)有限公司 | 一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池及其制备方法 |
CN110492002A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-22 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 一种背接触无掺杂异质结-钙钛矿叠层太阳电池 |
CN110854273A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-28 | 电子科技大学 | 一种有机体异质结掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
CN111180579A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 苏州大学 | 一种基于苯乙基氯化胺制备纯相高指数垂直取向的锡基钙钛矿薄膜的方法 |
CN111509127A (zh) * | 2020-05-05 | 2020-08-07 | 西南石油大学 | 一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
CN111785837A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-10-16 | 南京邮电大学 | 一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
CN111785838A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-16 | 厦门大学 | 一种有机无机杂化钙钛矿粉末及其制备方法和应用 |
CN112349848A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-02-09 | 浙江师范大学 | 一种对苯基二甲基碘化氨钝化的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
CN112838165A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-25 | 西北工业大学深圳研究院 | 一种钙钛矿透明光伏玻璃及制备方法 |
CN112864330A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-28 | 南方科技大学 | 一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法与应用 |
-
2021
- 2021-06-25 CN CN202110713882.6A patent/CN113506853B/zh active Active
Patent Citations (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2015189551A1 (en) * | 2014-06-12 | 2015-12-17 | Isis Innovation Limited | Heterojunction device |
CN109478596A (zh) * | 2016-08-03 | 2019-03-15 | 南洋理工大学 | 卤化物钙钛矿薄膜和包含其的太阳能电池及其形成方法 |
KR101798549B1 (ko) * | 2016-09-23 | 2017-11-17 | 재단법인대구경북과학기술원 | 유무기 하이브리드 페로브스카이트 광활성층의 제조방법, 이에 의해 제조되는 광활성층 및 이를 포함하는 태양전지 |
CN106450007A (zh) * | 2016-12-05 | 2017-02-22 | 济南大学 | 一种基于碘化亚铜/钙钛矿体异质结的太阳能电池及制备方法 |
CN106653927A (zh) * | 2016-12-23 | 2017-05-10 | 济南大学 | 一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法 |
CN106654020A (zh) * | 2017-01-24 | 2017-05-10 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 体异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池 |
WO2019054647A1 (ko) * | 2017-09-12 | 2019-03-21 | 엘지전자 주식회사 | 태양전지 및 태양전지의 제조 방법 |
EP3486960A1 (en) * | 2017-11-20 | 2019-05-22 | Universidad De Córdoba | Optoelectronic device comprising guanidinium in the organic-inorganic perovskite |
CN108666428A (zh) * | 2018-04-04 | 2018-10-16 | 石家庄铁道大学 | 一种钙钛矿单晶薄膜太阳能电池制备方法及器件 |
CN109346604A (zh) * | 2018-09-19 | 2019-02-15 | 浙江师范大学 | 一种钙钛矿太阳能电池 |
CN109713126A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-05-03 | 西安电子科技大学 | 基于宽禁带半导体/钙钛矿异质结的宽频光电探测器 |
CN109904320A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-06-18 | 合肥工业大学 | 一种基于钙钛矿-有机半导体异质结的高性能光电晶体管及其制备方法 |
CN109888098A (zh) * | 2019-04-04 | 2019-06-14 | 杨富强 | 一种在钙钛矿层中掺入硫化亚铜的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
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 |
CN110491998A (zh) * | 2019-08-23 | 2019-11-22 | 通威太阳能(成都)有限公司 | 一种平面无掺杂异质结-钙钛矿叠层电池及其制备方法 |
CN110492002A (zh) * | 2019-08-30 | 2019-11-22 | 通威太阳能(眉山)有限公司 | 一种背接触无掺杂异质结-钙钛矿叠层太阳电池 |
CN110854273A (zh) * | 2019-11-21 | 2020-02-28 | 电子科技大学 | 一种有机体异质结掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
CN111180579A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-05-19 | 苏州大学 | 一种基于苯乙基氯化胺制备纯相高指数垂直取向的锡基钙钛矿薄膜的方法 |
CN111509127A (zh) * | 2020-05-05 | 2020-08-07 | 西南石油大学 | 一种疏水性二维/三维混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
CN111785837A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-10-16 | 南京邮电大学 | 一种锡基钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
CN111785838A (zh) * | 2020-06-30 | 2020-10-16 | 厦门大学 | 一种有机无机杂化钙钛矿粉末及其制备方法和应用 |
CN112349848A (zh) * | 2020-10-14 | 2021-02-09 | 浙江师范大学 | 一种对苯基二甲基碘化氨钝化的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
CN112838165A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-25 | 西北工业大学深圳研究院 | 一种钙钛矿透明光伏玻璃及制备方法 |
CN112864330A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-28 | 南方科技大学 | 一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法与应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113506853A (zh) | 2021-10-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103456888B (zh) | 一种Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池 | |
CN111599923A (zh) | 一种提高钙钛矿太阳能电池效率的方法 | |
US20210166885A1 (en) | Method for preparing inorganic perovskite battery based on synergistic effect of gradient annealing and antisolvent, and prepared inorganic perovskite battery | |
CN103474575B (zh) | 一种以硫氧化锌为电子传输层的杂化太阳能电池及其制备 | |
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 | |
CN108389969B (zh) | 一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液 | |
CN111785838B (zh) | 一种有机无机杂化钙钛矿粉末及其制备方法和应用 | |
CN107093641A (zh) | 一种基于无机平板异质结的薄膜太阳电池及其制备方法 | |
CN112542549B (zh) | 一种宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备和应用 | |
CN113437222B (zh) | 一种无铅锡基钙钛矿薄膜、无铅锡基钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
CN108321298A (zh) | 一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法 | |
CN110718632A (zh) | 一种制备大面积钙钛矿层的方法和钙钛矿太阳能电池 | |
CN105810831A (zh) | 一种铅锡混合钙钛矿薄膜、其制备方法及应用 | |
CN113506853B (zh) | 一种异质结锡基钙钛矿薄膜的制备方法和产品 | |
CN111952455A (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 | |
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 | |
CN111029425A (zh) | 彩色胶膜和彩色太阳能电池及其制备方法 | |
CN114551637A (zh) | 钙钛矿光吸收层及其制备方法、太阳能电池及其制备方法 | |
CN111129310B (zh) | 一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法 | |
WO2023115870A1 (zh) | 一种pn异质结硒化锑/钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
Liu | The development of low toxic and high efficient solar cells | |
CN110854271B (zh) | 一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
CN109273541B (zh) | 一种双钙钛矿柔性铁电薄膜及其制备方法 | |
CN106098845A (zh) | 一种高结晶度铜锌锡硫薄膜的制备方法 | |
CN111341916A (zh) | 一种铟化物掺杂的钙钛矿薄膜、制备方法及其应用 |
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 |