CN113707816B - 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：前驱体溶液的制备；基底的预处理；电子传输层的制备；钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液旋涂在电子传输层上，采用滴加反溶剂或抽真空干燥的方式，形成薄膜后退火冷却备用；修饰层的制备：{[2‑(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸或{[3‑(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸溶解在IPA溶剂中，旋涂在钙钛矿膜层上得到；空穴传输层的制备；电极的制备。本发明将电池的效率提升6.7％，且在高湿度的环境下放置800小时后，效率衰减小于10％。

Description

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池的制备方法，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池由于具有较高的功率转换效率以及较低的制造成本而备受关注。多数钙钛矿膜层采用甲胺铅碘或采用较多组分的甲胺铅碘(MAPbI3)，但MAPbI3的分解势能较低，在加热、湿度、光照等条件下容易分解，而不利用实际的应用。为解决相关问题，可以采用离子直径较大的甲眯离子(FA+)代替甲胺离子(MA+)，形成的FAPbI3钙钛矿(α相)的稳定性增强，但在高湿度的情况下α-FAPbI3易于转化为δ-FAPbI3钙钛矿，而δ-FAPbI3钙钛矿是不利于光伏性能的。此外，钙钛矿电池中钙钛矿膜层的表面存在大量缺陷，缺陷会减低光生载流子的利用率，进而降低器件的光电效率和稳定性。因此，如何减少钙钛矿膜层的缺陷态，并提升高湿度下钙钛矿太阳能电池的稳定性，对钙钛矿光伏产业具有重大的意义。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法；
技术方案：本发明提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)前驱体溶液的制备；
(2)基底的预处理；
(3)电子传输层的制备；
(4)钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液旋涂在电子传输层上，采用滴加反溶剂或抽真空干燥的方式，形成薄膜后退火冷却备用；
(5)修饰层的制备：{[2-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid({[2-(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸)或{[3-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonicacid({[3-(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸)溶解在IPA溶剂中，旋涂在钙钛矿膜层上得到；
(6)空穴传输层的制备；
(7)电极的制备。
进一步地，所述步骤(3)电子传输层制备采用的材料是SnO2、TiO2、BCP、PCBM材料中的至少一种。
进一步地，所述步骤(6)的空穴传输层的制备材料为P3HT、Spiro、PTAA、NiOx材料中的至少一种。
进一步地，钙钛矿太阳能电池的转化效率为20.8％。
进一步地，所述步骤(2)基底的预处理方法：将基底去离子水中超声清洗，再在有机溶剂中超声清洗，吹干后放在紫外臭氧处理器中处理。
本发明选择利用钝化剂对钙钛矿膜层进行后处理的方式，此方案一方面减少了钙钛矿薄膜的缺陷密度，提升电池的性能和稳定性；另一方面，后处理也提升了膜层的疏水性，因而电池对湿度的容忍性提升，稳定性提升。
具体地，FAPbI3钙钛矿(α相)的电池的效率较高，稳定性相比MAPbI3增强，但在高湿度的情况下α-FAPbI3易于转化为δ-FAPbI3钙钛矿，而δ-FAPbI3钙钛矿是不利于光伏性能的。此外，钙钛矿电池中钙钛矿电池膜层的表面存在的大量缺陷，会减低光生载流子的利用率，进而降低器件的光电效率和稳定性。本发明引入高效的膜层钝化{[2-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid或{[3-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonicacid进行膜层的钝化和缺陷态密度的降低。此两种钝化剂具有P＝O键以及CF3基团，P＝O键可以与未配对的铅离子(Pb2+)进行相互作用，钝化相应缺陷，提升光电转化效率。同时，由于F的高电负性，该钝化剂是疏水材料，在湿度环境下可以不被浸湿，因为能够提升钙钛矿电池的湿度稳定性。
有益效果：本发明方法进行界面修饰的钙钛矿电池比不处理的效率提升了6.7％，可以降低膜层的缺陷态密度，提升钙钛矿电池的效率和钙钛矿电池的湿度稳定性。
附图说明
图1为实施例l经由钝化剂处理和未处理的钙钛矿电池P-V曲线；
图2为实施例l经由钝化剂处理和未处理钙钛矿电池60％RH湿度下稳定性曲线；
图3为实施例2未经钝化剂处理的钙钛矿膜层的SEM图片；
图4为实施例2经钝化剂处理的钙钛矿膜层的SEM图片。
具体实施方式
实施例1
(1)前驱体溶液的制备：
前驱体溶液有二氧化钛(TiO2)纳米晶溶液，碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液，{[2-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid溶液，2，2′，7，7′-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9′-螺二芴(Spiro-OMeTAD)溶液，双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)溶液。
将1mL的10％浓度的TiO2的纳米晶溶液与2mL的去离子水混合，震荡搅拌，并使用0.45μm的过滤芯过滤备用。
PbI2和FAI以1∶1的比例溶解在DMF和DMSO混合溶液，其中包括10％的MACl添加剂，DMF和DMSO的体积比是4∶1，溶液的浓度是40wt％，加热70℃搅拌30min至完全溶解，并使用0.45μm的过滤芯过滤后备用。
将{[2-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid溶解在IPA溶剂中，浓度为15mM。
520mg的Li-TFSI溶解在1mL乙腈中，浓度为520mg/mL。75mg Spiro-oMeTAD溶解在1mL的氯苯溶液中，将17.5μL的Li-TFSI溶液和28.8μL的四叔丁基吡啶加入到1mL的Spko的氯苯溶液中，并使用0.45μm的过滤芯过滤后备用。
(2)基底的预处理：
ITO玻璃基底首先在提去离子水中超声清洗30分钟，随后在丙酮中超声清洗30分钟，最后在异丙醇(IPA)中超声清洗30分钟，随后用氮气枪吹干，并放在紫外臭氧处理器中处理30分钟备用。
(3)电子传输层的制备：
将过滤后的TiO2纳米晶溶液旋涂在ITO衬底上，旋涂速率为3500rpm，时间为30s，随后在150℃下退火30min。
(4)钙钛矿膜层的制备：
将配好的碘化铅、甲眯碘、甲胺氯溶液旋涂在TiO2膜层上，速率为4000rpm，时间为40s，在旋涂第5s的时候，在膜层上滴加反溶剂氯苯0.5mL，随后在140℃下退火15min，冷却后备用。
(5)修饰层的制备：
将15mM{[2-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid的IPA溶液旋涂在钙钛矿膜层上，速度为1500rpm，时间为20s，随后膜层在100℃下退火2分钟。
(6)空穴传输层的制备：
将掺杂的Spiro-OMeTAD溶液旋涂在修饰过的钙钛矿膜层上，旋涂速率为3000rpm，时间为30s。
(7)电极的制备：
利用热蒸发的方式在Spiro的表面蒸镀一层100nm金(Au)作为电极。
表1实例1经由钝化剂处理和未处理的钙钛矿电池光电参数
Figure BDA0003226412560000031
实施例2
(1)前驱体溶液的制备：
前驱体溶液有二氧化锡(SnO2)胶体溶液，碘化铅(PbI2)、甲眯碘、甲胺氯的混合溶液，{[3-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid溶液，PTAA溶液。
将1mL的SnO2的胶体溶液与2mL的去离子水混合，震荡搅拌，并使用0.45μm的过滤芯过滤备用。
PbI2和FAI以1∶1的比例溶解在DMF和DMSO混合溶液，其中包括10％的MACl添加剂，DMF和DMSO的体积比是4∶1，溶液的浓度是40wt％，加热70℃搅拌30min至完全溶解，并使用0.45μm的过滤芯过滤后备用。
将{[3-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid溶解在IPA溶剂中，浓度为15mM。
配制浓度为10mg/mL的PTAA溶液，并使用0.45μm的过滤芯过滤后备用。
(2)基底的预处理：
ITO玻璃基底首先在提去离子水中超声清洗30分钟，随后在丙酮中超声清洗30分钟，最后在异丙醇(IPA)中超声清洗30分钟，随后用氮气枪吹干，并放在紫外臭氧处理器中处理30分钟备用。
(3)电子传输层的制备：
将过滤后的SnO2胶体溶液旋涂在ITO衬底上，旋涂速率为4000rpm，时间为30s，随后在130℃下退火30min。
(4)钙钛矿膜层的制备：
将配好的碘化铅、甲眯碘、甲胺氯溶液旋涂在SnO2膜层上，速率为4000rpm，时间为40s，在旋涂第5s的时候，在膜层上滴加反溶剂氯苯0.5mL，随后在140℃下退火15min，冷却后备用。
(5)修饰层的制备：
将15mM的{[3-(Trifluoromethyl)phenyl]methyl}phosphonic acid的IPA溶液旋涂在钙钛矿膜层上，速度为1500rpm，时间为20s，随后在100℃下退火2分钟。
(6)空穴传输层的制备：
将PTAA溶液旋涂在修饰过的钙钛矿膜层上，旋涂速率为1500rpm，时间为30s。
(7)电极的制备：
利用热蒸发的方式在PTAA的表面蒸镀一层120nm银(Ag)作为电极。

Claims (5)

1.一种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)前驱体溶液的制备；
(2)基底的预处理；
(3)电子传输层的制备；
(4)钙钛矿膜层的制备：将碘化铅(PbI2)、甲眯碘(FAI)、甲胺氯(MACl)的混合溶液旋涂在电子传输层上，采用滴加反溶剂或抽真空干燥的方式，形成薄膜后退火冷却备用；
(5)修饰层的制备：{[2-(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸或{[3-(三氟甲基)苯基]甲基}膦酸溶解在IPA溶剂中，旋涂在钙钛矿膜层上得到；
(6)空穴传输层的制备；
(7)电极的制备。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)电子传输层制备采用的材料是SnO2、TiO2、BCP、PCBM材料中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)的空穴传输层的制备材料为P3HT、Spiro、PTAA、NiOx材料中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：钙钛矿太阳能电池的转化效率为20.8％。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)基底的预处理方法：将基底去离子水中超声清洗，再在有机溶剂中超声清洗，吹干后放在紫外臭氧处理器中处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105593206A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 默克专利有限公司 空穴传输材料
JP2019199582A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 国立大学法人東京工業大学 光波長変換要素およびその光波長変換要素を含む物品
DE102018212305A1 (de) * 2018-07-24 2020-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Metallorganische Perowskit-Solarzelle, Tandem-Solarzelle sowie Herstellungsverfahren dazu
CN111315797A (zh) * 2017-11-10 2020-06-19 默克专利股份有限公司 有机半导体化合物

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018005749A1 (en) * 2016-06-29 2018-01-04 Alliance For Sustainable Energy, Llc Methods for making perovskite solar cells having improved hole-transport layers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105593206A (zh) * 2013-10-02 2016-05-18 默克专利有限公司 空穴传输材料
CN111315797A (zh) * 2017-11-10 2020-06-19 默克专利股份有限公司 有机半导体化合物
JP2019199582A (ja) * 2018-05-18 2019-11-21 国立大学法人東京工業大学 光波長変換要素およびその光波長変換要素を含む物品
DE102018212305A1 (de) * 2018-07-24 2020-01-30 Siemens Aktiengesellschaft Metallorganische Perowskit-Solarzelle, Tandem-Solarzelle sowie Herstellungsverfahren dazu

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