CN113725363B - 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池 - Google Patents

一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN113725363B
CN113725363B CN202110816047.5A CN202110816047A CN113725363B CN 113725363 B CN113725363 B CN 113725363B CN 202110816047 A CN202110816047 A CN 202110816047A CN 113725363 B CN113725363 B CN 113725363B
Authority
CN
China
Prior art keywords
film
tin
spin coating
solar cell
lead
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
Application number
CN202110816047.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113725363A (zh
Inventor
李仕奇
张学浩
薛香羽
吴宇坤
孙钦军
郝玉英
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.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
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 Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202110816047.5A priority Critical patent/CN113725363B/zh
Publication of CN113725363A publication Critical patent/CN113725363A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113725363B publication Critical patent/CN113725363B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

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
    • 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
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/66—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing germanium, tin or lead
    • C09K11/664—Halogenides
    • 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
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/40—Thermal treatment, e.g. annealing in the presence of a solvent vapour
    • 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
    • H10K85/10—Organic polymers or oligomers
    • H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
    • H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
    • H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
    • 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
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
    • H10K85/215—Fullerenes, e.g. C60 comprising substituents, e.g. PCBM
    • 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
    • H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
    • H10K85/657—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons
    • H10K85/6572—Polycyclic condensed heteroaromatic hydrocarbons comprising only nitrogen in the heteroaromatic polycondensed ring system, e.g. phenanthroline or carbazole
    • 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

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域。一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，将一种新型的抗氧化剂乙酸亚锡添加到PbI2/SnI2混合前驱液中，以提高其抗氧化性能，延长其存放时间，有利于锡铅混合钙钛矿太阳能电池的规模化制作；而且乙酸亚锡添加剂的使用也诱导锡铅混合钙钛矿更好地结晶，以获得结晶质量更高的锡铅混合钙钛矿薄膜，从而使锡铅混合钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性得到同时提升。

Description

一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域。
背景技术
太阳能电池作为太阳能利用最有效的方式之一具有广阔的应用有前景，硅基太阳能电池已实现产业化，并得到了广泛的应用，但其制作过程伴随着污染与高能耗，且制作成本昂贵，因此研发高效率、低成本的新型太阳能电池具有十分重要的现实意义。在各种新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池因其效率高、结构简单、易加工、成本低廉、可大面积制备等优点脱颖而出，受到了人们广泛的关注。
钙钛矿太阳能电池的光敏层是一种有机-无机杂化的钙钛矿型材料，化学式为ABX3（A：HC(NH2)2 +（FA）、CH3NH3 +（MA）等一价阳离子； B：Pb2+、Sn2+等二价阳离子；X：I—、Br—、Cl—卤族元素离子），钙钛矿晶胞结构为立方体，NH3CH3 +位于立方体顶点，Pb2+、Sn2+等位于立方体的体心，卤族元素离子位于立方体的面心。ABX3钙钛矿属于直接带隙半导体，具有极强的吸光性和对缺陷的高耐受性。2009年，钙钛矿太阳能电池被首次研究【Chem. Soc. 2009,131】，其光电转换效率达到3.9%。目前其光电转换效率已达到了25.5%，但高效率钙钛矿太阳能电池大都采用铅基钙钛矿光敏材料。重金属铅的毒性制约了其商业化应用，因此研发高效稳定的无铅或少铅钙钛矿太阳能电池具有更重要的发展前景和应用价值。
锡和铅属于同族元素，具有相似的电子结构和离子半径，用锡部分取代铅制备锡铅混合钙钛矿太阳能电池是一个可行的解决方案。锡铅混合钙钛矿具有比纯锡钙钛矿更高的成膜质量和稳定性，而且与铅基钙钛矿材料相比，具有更高的载流子迁移率和更低的光学带隙。通过调控掺锡比例可以使钙钛矿的光学带隙接近Shockley- Queisser 理论计算的理想带隙，可更加有效地利用太阳光红外波段的能量，因而有望获得更高的光电转化效率。研究表明【Energy & Environmental Science. 2020, 6】，锡铅混合钙钛矿太阳能电池在锡含量为0.3~0.5时光电性质最佳。由于锡铅混合钙钛矿的低带隙特性，使其适合用于全钙钛矿叠层太阳能电池的底电池。
2014年，日本九州工业大学Yuhei Ogomi团队发现在纯铅钙钛矿活性层中添加锡元素得到了化学式为MAPbxSn1-xI3的钙钛矿太阳能电池，并发现随着锡的加入钙钛矿带隙将变窄，通过这种方法制作的钙钛矿太阳能电池最低带隙可以低至1.2 eV，光电转换效率达到4.18%【The Journal of Physical Chemistry Letters. 2014, 5】。但是二价锡在空气中极易被氧化为四价锡，这会为钙钛矿引入额外的空穴，导致非辐射复合加重，极大影响着器件的稳定性。因此寻找一种合适的抗氧化剂作为添加剂抑制二价锡的氧化具有重要的意义。2014年，新加坡南洋理工大学的M. H. Kumar团队发现SnF2可以有效抑制纯锡钙钛矿薄膜中二价锡的氧化，最终得到了2.02%的光电转换效率【Advanced Materials. 2014, 26】。但SnF2的大量引入会导致钙钛矿薄膜质量下降，导致器件性能衰减【Advanced FunctionalMaterials. 2020, 30】。2017年，Xu等人通过在锡铅混合钙钛矿前驱液中加入抗坏血酸作为抗氧化剂，使得电池的光电转化效率从12.18%提升到了14.01%，钙钛钛矿溶液的稳定性也得到了很大的改善，但抗坏血酸对钙钛矿薄膜质量的提升有限，器件性能仍处于较低水平【Nano Energy. 2017, 34】。2019年，Tong等人通过将GuaSCN作为添加剂加入到锡铅混合钙钛矿太阳能电池中，并观察到在晶畴边界处由于Gua+和SCN-的漂移现象形成一种能抑制锡空位的2D结构，提高了导电性和稳定性，制得了最高效率为20.2%的锡铅混合钙钛矿太阳能电池【Science. 2019, 364】，但是有关GuaSCN作为添加剂的报道多集中在一步法，对于能否适用于两步法制备钙钛矿薄膜还有待考证。相对于一步法，两步法制备工艺可以更好地控制钙钛矿薄膜生长，并且两步法无需一步法中必不可少的反溶剂清洗过程，这一过程很难应用于大面积生产，因此两步法制备钙钛矿更适合未来规模化生产。但目前针对锡铅钙钛矿两步法的报道较少，仅有来自美国托莱多大学的Yanfa Yan团队【Nature Energy.2020, 5】效率达到了20%，其他团队则最高只达到16.26%【Advanced FunctionalMaterials. 2019, 29】，但Yanfa Yan团队采用的是多种材料掺杂多重工艺复合优化的制备方法，工艺繁琐，为大规模生产的可控性与重复性带来了难度和挑战。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何在更适合大规模生产的制备工艺中解决锡铅混合钙钛矿太阳能电池存在的问题。
本发明所采用的技术方案是：一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，将一种新型的抗氧化剂乙酸亚锡添加到PbI2/SnI2混合前驱液中，以提高其抗氧化性能，延长其存放时间，有利于锡铅混合钙钛矿太阳能电池的规模化制作；而且乙酸亚锡添加剂的使用也诱导锡铅混合钙钛矿更好地结晶，以获得结晶质量更高的锡铅混合钙钛矿薄膜，从而使锡铅混合钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性得到同时提升。
所述的乙酸亚锡为一种无毒的抗氧化剂，分子式为C4H6O4Sn；通过将其添加到含PbI2/SnI2的前驱液中，可以抑制前驱液中二价锡（Sn2+）氧化为四价锡（Sn4+）。
所述的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的结构为：沉积有一层均匀的铟锡氧化物（ITO）的玻璃基底作为电池的阳极，在ITO薄膜上再沉积一层聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）薄膜作为空穴传输层；在PEDOT:PSS空穴传输层上再沉积一层钙钛矿活性层；在钙钛矿活性层上再旋涂一层[6, 6]-苯基C61-丁酸甲酯（PC61BM）作为电子传输层；然后在电子传输层上再沉积一层2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）作为阴极界面修饰层；最后通过真空热蒸镀一层连续的银膜作为电池的阴极。所述的钙钛矿活性层为锡铅混合钙钛矿薄膜，其具有产生电子空穴对以及传输电子和空穴的功能，在电池中起到了关键作用；所述的锡铅混合钙钛矿薄膜是由碘化铅（PbI2）、碘化亚锡（SnI2）与少量的乙酸亚锡（SnAc2）溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂中形成含有SnAc2的PbI2和SnI2的混合前驱液再将其旋涂形成Pb0.7Sn0.3I2薄膜，接着将含有FAI、MABr、MACl的有机溶液滴加在Pb0.7Sn0.3I2薄膜表面，再次旋涂并结合退火工艺处理制成；所述的锡铅混合钙钛矿薄膜具有化学结构式：FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05。
所述的含有SnAc2的PbI2与SnI2混合前驱液是通过将SnI2与PbI2两种材料以3：7的比例共同溶解在由DMF和DMSO构成的混合溶剂中形成的金黄色溶液，并将一定量的SnAc2掺杂在其中；所述的有机溶液是通过将FAI、MABr、MACl以10:1:1的比例溶于异丙醇（IPA）溶剂形成的；所述的SnAc2是一种无毒抗氧化剂，化学式为：C4H6O4Sn，将其加入PbI2/SnI2混合前驱液后可以防止前驱液中的Sn2+转化为Sn4+，氧化的外在表现为前驱液由金黄色变为深红色；所述的退火处理是将有机溶液旋涂后的薄膜置于50℃的热台加热60 ~ 180 s，接着转移至120℃的热台加热7 ~ 15 min。
铟锡氧化物（ITO）阳极的厚度为100 nm，ITO玻璃基底为厂商购买，所述的电池结构中，空穴传输层聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸（PEDOT:PSS）的厚度为20 ~ 30nm，采用溶液旋涂法成膜，然后在空气中热处理制得，旋涂速率为4000 rpm，旋涂时间为30~ 40s，热处理温度为150 °C，加热时间7 ~ 15 min。
所述的电池结构中，钙钛矿活性层是化学结构式为FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05的钙钛矿薄膜，是由碘化铅（PbI2）、碘化亚锡（SnI2）和少量的乙酸亚锡（SnAc2）溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂中形成含有SnAc2的PbI2与SnI2的混合前驱液通过旋涂形成Pb0.7Sn0.3I2薄膜，接着将含有FAI、MABr、MACl的有机溶液滴加在Pb0.7Sn0.3I2薄膜表面，再次旋涂并结合退火处理制成。
所述的含有SnAc2的PbI2与SnI2的混合前驱液是通过将SnI2与PbI2两种材料以摩尔比3：7的比例共同溶解在由DMF和DMSO形成的混合溶剂中形成的金黄色溶液，并将一定量的SnAc2作为添加剂加入其中。
所述的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂的体积比为9:1，SnI2摩尔浓度为0.39 mol/L。
所述少量的乙酸亚锡（SnAc2）作为抗氧化剂，其化学式为：C4H6O4Sn；所述的少量的SnAc2添加剂，其摩尔浓度为 2~4 mg/mL。
所述的有机溶液是通过将FAI、MABr、MACl以质量比10:1:1的比例溶于异丙醇（IPA）溶剂形成的，FAI浓度为60 mg/mL。
所述的FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05钙钛矿薄膜的制备方法是：在氮气环境下，环境温度保持在15℃ ~ 25℃之间，利用溶液旋涂法在ITO/PEDOT:PSS基底上静态旋涂含有SnAc2的PbI2与SnI2的混合前驱液，旋涂速率为1800 ~ 2500rpm，旋涂时间为30 ~ 40 s，旋涂完成后在氮气环境下静置10 ~ 20 min，形成Pb0.7Sn0.3I2前驱体薄膜；接着在同样环境下，利用溶液旋涂法在 ITO/PEDOT:PSS/Pb0.7Sn0.3I2薄膜上静态旋涂含有FAI、MABr、MACl有机溶液，旋涂速率为1500 ~ 2000 rpm，旋涂时间为30 ~ 40 s，旋涂完成后转移至50℃热台预退火60 ~ 180 s，接着转移至120℃热台退火7 ~ 15 min，就此FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05钙钛矿薄膜制作完成，在退火的过程中，Cl-1随着溶剂的挥发而溢出，而少量的醋酸根离子会留在钙钛矿晶格中。
所述的含有SnAc2的PbI2与SnI2的混合前驱液，其用量根据旋涂面积大小而定，以前驱液能均匀覆盖ITO/PEDOT:PSS基底为准，以保证旋涂后薄膜的均匀性和平整性。
所述的含有FAI、MABr、MACl有机溶液，其用量根据基底大小而定，但需要快速覆盖整片基底，以保证旋涂后薄膜的质量。
所述的电池结构中，电子传输材料为富勒烯衍生物 [6,6]-苯基C61-丁酸甲酯（PC61BM），电子传输层是将 [6, 6]-苯基C61-丁酸甲酯（PC61BM）溶解在氯苯（Chlorobenzene）中，质量浓度为20 mg/mL，然后采用溶液旋涂法旋涂制得，旋涂速率为2500 ~ 3000 rpm，旋涂时间为30-40 s，薄膜厚度为30 ~ 40 nm。
所述的电池结构中，阴极界面修饰层材料是由2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）构成，界面修饰层是将2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）溶解在异丙醇（IPA）中，质量浓度为0.5 mg/mL，然后采用溶液旋涂法动态旋涂制得，旋涂速率为5000rpm，旋涂时间为30 ~ 40 s，薄膜厚度为1-5 nm。
所述的电池结构中，阴极材料是由银（Ag）构成，采用真空热蒸镀方法成膜，薄膜厚度85 ~ 90 nm，蒸镀速率为0.1 nm/s。
本发明通过新型抗氧化剂乙酸亚锡作为添加剂制备高效稳定锡铅混合钙钛矿太阳能电池的技术方案，该技术是在分析常用的抗氧化剂无法兼顾抗氧化性、器件性能和制备工艺的基础上，经过大量的实验提出的，是一种抗氧化性强，且可诱导锡铅混合钙钛矿薄膜高质量结晶生长的添加剂。常用的抗氧化剂SnF2会导致钙钛矿薄膜出现孔洞，造成薄膜质量下降。添加抗坏血酸的锡铅混合钙钛矿薄膜虽然避免了上述问题，但是其性能提升并不明显。添加GuaSCN的器件虽然性能较好，但GuaSCN作为添加剂多用于一步法制备器件，对是否适用于两步法还有待考证。一步法更适用小规模制片，如何在更适合大规模商业化生产的两步法制备工艺中解决锡铅混合钙钛矿太阳能电池存在的问题仍没有合适的途径。对此，本发明提出了在PbI2/SnI2混合前驱液中以少量乙酸亚锡作为添加剂，同时提升抗氧化性与器件性能的方案。
从前驱液抗氧化性方面来讲，无乙酸亚锡的碘化铅与碘化锡混合前驱液暴露在空气中后会在5分钟内就由金黄色转变为红色，表现出明显的二价锡被氧化为四价锡的特点，如将其封装在玻璃瓶中，然后置于空气中，保存时间也小于12小时，超过12小时颜色也开始变色。但添加有乙酸亚锡的碘化铅与碘化锡混合前驱液在封盖条件下可以在空气中稳定保持一周而不发生颜色变化，如在N2环境下则可以保存半年之久，表明乙酸亚锡具有出色的抗氧化性。
从钙钛矿薄膜的结晶生长方面讲，在扫描电子显微镜(SEM)测试中发现添加有乙酸亚锡的钙钛矿薄膜具有更大的晶粒且分布均一，证明了乙酸亚锡可以起到改善钙钛矿薄膜结晶质量的作用。
从所制备的电池性能来讲，本技术方案所取得效果也优于现有技术。目前二步法制作锡铅混合钙钛矿太阳能电池的光电转化效率普遍较低。仅有来自美国托莱多大学的Yanfa Yan团队实现了20%的光电转化效率，但该团队提出的工艺较为复杂，其他团队最高效率只达到16.26%。而本发明提出的乙酸亚锡添加剂，使FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从平均15.6%提升到了16.69%，最高达到17.42%。
综上，本方案所制得的锡铅混合钙钛矿太阳能电池优于大部分现有两步法制作的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，为规模化制备高效率稳定钙钛矿太阳能电池提供了一种有效可行的技术方案。
附图说明
图1加有乙酸亚锡的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；
图2无乙酸亚锡的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线；
图3添加有乙酸亚锡的钙钛矿薄膜扫描电子显微镜图像（SEM）；
图4未添加乙酸亚锡的钙钛矿薄膜扫描电子显微镜图像（SEM）；
图5添加有乙酸亚锡的钙钛矿前驱液在空气中放置三天后制备的钙钛矿薄膜的x射线光电子能谱分析图（XPS）；
图6未添加乙酸亚锡的钙钛矿前驱液在空气中放置三天后制备的钙钛矿薄膜的x射线光电子能谱分析图（XPS）。
具体实施方式
一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池具有平面异质结倒置结构：ITO/PEDOT:PSS/钙钛矿活性层/PC61BM/Bphen/Ag；所述的电池结构中，ITO阳极的厚度为100 nm，方块电阻11Ω/□，所述的电池结构中，空穴传输层PEDOT:PSS的厚度为30 nm，采用溶液旋涂法成膜，然后在空气中热处理制得，旋涂速率为4000 rpm，旋涂时间为30 s，热处理温度为150 °C，加热时间10 min，所述的电池结构中，钙钛矿活性层是FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05钙钛矿薄膜，是由碘化铅/碘化亚锡（PbI2/SnI2）、少量的乙酸亚锡溶解于N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂中形成的前驱液通过旋涂成膜，接着将含有FAI、MABr、MACl有机溶液滴加在PbI2/SnI2薄膜表面，再次旋涂并结合退火工艺制成的，所述的锡铅混合钙钛矿前驱液是通过将SnI2与PbI2两种材料以摩尔比3：7的比例共同溶解在由DMF和DMSO形成的混合溶剂中形成的金黄色溶液，并将少量的乙酸亚锡作为添加剂加入其中；所述的N，N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）混合溶剂的体积比为9:1，SnI2摩尔浓度为0.39mol/L, 所述的少量的乙酸亚锡，其摩尔浓度为4 mg/mL。所述的有机溶液是通过将FAI、MABr、MACl以质量比10:1:1的比例溶于异丙醇（IPA）溶剂中形成的，FAI浓度为60 mg/mL；所述的FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05钙钛矿薄膜的制备方法是：在氮气环境下，环境温度保持在15℃ ~ 25℃之间，利用溶液旋涂法在ITO/PEDOT:PSS基底上静态旋涂含有乙酸亚锡的PbI2/SnI2混合前驱液，旋涂速率为2000 rpm，旋涂时间为30 s，旋涂完成后在氮气环境下静置20 min，形成Pb0.7Sn0.3I2前驱体薄膜；接着在同样环境下，利用溶液旋涂法在 ITO/PEDOT:PSS/ Pb0.7Sn0.3I2薄膜上静态旋涂含有FAI、MABr、MACl的有机溶液，旋涂速率为1600rpm，旋涂时间为30 s，旋涂完成后进行退火处理。所述的含有乙酸亚锡的PbI2/SnI2混合前驱液，其用量根据旋涂面积大小而定，以前驱液能均匀覆盖ITO/PEDOT:PSS基底为准，以保证旋涂后薄膜的均匀性和平整性，所述的含有FAI、MABr、MACl的有机溶液，其用量根据基底大小而定，以溶液可以完全覆盖基底为准，所述的退火处理是将旋涂完毕的薄膜转移至50℃热台预退火90 s，接着转移至120℃热台退火10 min，就此FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05钙钛矿薄膜制作完成，所述的电池结构中，电子传输层是将 [6, 6]-苯基C61-丁酸甲酯（PC61BM）溶解在氯苯（Chlorobenzene）中，质量浓度为20 mg/mL，然后采用溶液旋涂法旋涂制得，旋涂速率为3000 rpm，旋涂时间为30 s，薄膜厚度为30 nm，所述的电池结构中，阴极界面修饰层是由2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP），阴极界面修饰层是将2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉（BCP）溶解在异丙醇（IPA）中，质量浓度为0.5 mg/mL，然后采用溶液旋涂法动态旋涂制得，旋涂速率为5000 rpm，旋涂时间为30 s，薄膜厚度为2nm，所述的电池结构中，阴极材料是由银（Ag）构成，采用真空热蒸镀方法成膜，薄膜厚度85 nm，蒸镀速率为0.1 nm/s。

Claims (7)

1.一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：由阳极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、阴极界面修饰层、阴极构成，所述阳极为沉积有一层均匀的铟锡氧化物ITO的玻璃基底，所述空穴传输层为聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS薄膜，所述电子传输层为[6, 6]-苯基C61-丁酸甲酯PC61BM薄膜，所述阴极界面修饰层为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉BCP薄膜，阴极为银膜，所述钙钛矿活性层为锡铅混合钙钛矿薄膜，其具有产生电子空穴对以及传输电子和空穴的功能，所述锡铅混合钙钛矿薄膜由碘化铅PbI2、碘化亚锡SnI2与乙酸亚锡SnAc2溶解于N，N-二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO混合溶剂中形成含有SnAc2的PbI2和SnI2的混合前驱液，再将含有SnAc2的PbI2和SnI2的混合前驱液旋涂形成Pb0.7Sn0.3I2薄膜，接着将含有FAI、MABr、MACl的有机溶液滴加在Pb0.7Sn0.3I2薄膜表面，再次旋涂并结合退火工艺处理制成，乙酸亚锡SnAc2化学式为：C4H6O4Sn，所述的锡铅混合钙钛矿薄膜的化学结构式为：FA0.75MA0.25Pb0.7Sn0.3I0.95Br0.05。
2.根据权利要求1所述的一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：含有SnAc2的PbI2和SnI2的混合前驱液中，SnI2与PbI2的摩尔比为3：7，N，N-二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO混合溶剂中，N，N-二甲基甲酰胺DMF和二甲基亚砜DMSO的体积比为9：1，SnAc2的摩尔浓度为 2~4 mg/mL，SnI2的摩尔浓度为0.39 mol/L，含有FAI、MABr、MACl的有机溶液是将FAI、MABr、MACl以质量比10:1:1的比例溶于异丙醇IPA溶剂形成的，FAI浓度为60 mg/mL。
3.根据权利要求2所述的一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：退火工艺为置于50℃的热台加热60 ~ 180 s，接着转移至120℃的热台退火7 ~ 15 min。
4.根据权利要求3所述的一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述锡铅混合钙钛矿薄膜的详细制备方法为，在氮气环境下，环境温度保持在15℃ ~ 25℃，利用溶液旋涂法在空穴传输层上静态旋涂含有SnAc2的PbI2和SnI2的混合前驱液，旋涂速率为1800 ~2500rpm，旋涂时间为30 ~ 40 s，旋涂完成后在氮气环境下静置10 ~ 20 min，形成Pb0.7Sn0.3I2前驱体薄膜；接着利用溶液旋涂法静态旋涂含有FAI、MABr、MACl的有机溶液，旋涂速率为1500 ~ 2000 rpm，旋涂时间为30 ~ 40 s，旋涂完成后转移至50℃热台预退火60~ 180 s，接着转移至120℃热台退火7 ~ 15 min。
5.根据权利要求4所述的一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：含有SnAc2的PbI2和SnI2的混合前驱液其用量根据旋涂面积大小而定，以能均匀覆盖空穴传输层为准，以保证旋涂后薄膜的均匀性和平整性。
6.根据权利要求4所述的一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的含有FAI、MABr、MACl的有机溶液，其用量根据Pb0.7Sn0.3I2前驱体薄膜大小而定，以覆盖Pb0.7Sn0.3I2前驱体薄膜为准，以保证旋涂后薄膜的质量。
7.根据权利要求1所述的一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于：阳极厚度为100 nm；空穴传输层聚(3, 4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS的厚度为20 ~ 30nm，采用溶液旋涂法成膜，然后在空气中热处理制得，旋涂速率为4000 rpm，旋涂时间为30~ 40s，热处理温度为150 °C，加热时间7 ~ 15 min；电子传输层[6, 6]-苯基C61-丁酸甲酯PC61BM薄膜厚度为30 ~ 40 nm，电子传输层是将 [6, 6]-苯基C61-丁酸甲酯PC61BM溶解在氯苯Chlorobenzene中，质量浓度为20 mg/mL，然后采用溶液旋涂法旋涂制得，旋涂速率为2500 ~ 3000 rpm，旋涂时间为30-40 s；所述阴极界面修饰层2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉BCP薄膜薄膜厚度为1-5 nm，阴极界面修饰层是将2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉BCP溶解在异丙醇IPA中，质量浓度为0.5 mg/mL，然后采用溶液旋涂法动态旋涂制得，旋涂速率为5000 rpm，旋涂时间为30 ~ 40 s；阴极采用真空热蒸镀方法成膜，薄膜厚度85 ~ 90 nm，蒸镀速率为0.1 nm/s。
CN202110816047.5A 2021-07-20 2021-07-20 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池 Active CN113725363B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110816047.5A CN113725363B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110816047.5A CN113725363B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113725363A CN113725363A (zh) 2021-11-30
CN113725363B true CN113725363B (zh) 2023-08-29

Family

ID=78673479

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110816047.5A Active CN113725363B (zh) 2021-07-20 2021-07-20 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113725363B (zh)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112794362A (zh) * 2020-12-25 2021-05-14 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 一种无机钙钛矿材料及其制备方法和led器件

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10937978B2 (en) * 2016-02-25 2021-03-02 University Of Louisville Research Foundation, Inc. Methods for forming a perovskite solar cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112794362A (zh) * 2020-12-25 2021-05-14 清华-伯克利深圳学院筹备办公室 一种无机钙钛矿材料及其制备方法和led器件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
窄带隙半铅锡钙钛矿太阳能电池研究;倪斌;李新化;;量子电子学报(第01期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113725363A (zh) 2021-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng et al. Progress in air-processed perovskite solar cells: from crystallization to photovoltaic performance
CN107359246B (zh) 一种甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池的制作方法
CN109888105B (zh) 一种钝化钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN109148644B (zh) 基于梯度退火与反溶剂的全无机钙钛矿电池及其制备方法
CN105006522B (zh) 一种基于钙钛矿的倒置薄膜太阳能电池及其制备方法
US20210166885A1 (en) Method for preparing inorganic perovskite battery based on synergistic effect of gradient annealing and antisolvent, and prepared inorganic perovskite battery
CN109728166B (zh) 含有机发光小分子界面修饰层的甲胺铅碘钙钛矿太阳电池
CN108807694B (zh) 一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109786555B (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法
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
CN107240643A (zh) 溴元素掺杂甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池及其制作方法
Chen et al. Synergistic improvements in the performance and stability of inverted planar MAPbI 3-based perovskite solar cells incorporating benzylammonium halide salt additives
CN113437226A (zh) 4-吡啶甲胺溴优化锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法
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
CN107425121B (zh) 钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法
KR102080748B1 (ko) 고품질 페로브스카이트 광 활성층 박막 제조 방법 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지
CN113972323A (zh) 一种掺杂硫氰酸钠的高效稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN117715485A (zh) 一种多孔溶解制备钙钛矿薄膜的方法及叠层太阳能电池
CN117119860A (zh) 一种三元共蒸制备钙钛矿薄膜的方法及叠层太阳能电池
CN112993167A (zh) 有机铵盐改性金属氧化物纳米颗粒在正置钙钛矿太阳能电池中的应用及器件的制备方法
CN113725363B (zh) 一种锡铅混合钙钛矿太阳能电池
CN111403606A (zh) 一种掺杂番茄红素的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109888100B (zh) 一种铷掺杂氧化镍薄膜的制备及作为空穴传输层在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN110854271B (zh) 一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法
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

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