CN113725364A - 氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而下依次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电极，所述锡铅混合钙钛矿层为在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入无机氢碘酸溶液后制成，通过无机氢碘酸的修饰，可抑制锡铅混合钙钛矿层中的锡离子氧化，降低钙钛矿薄膜的缺陷密度并改善钙钛矿薄膜的结晶，提高钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和光电转换效率。

Description

氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿 太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近年来，铅基钙钛矿太阳能电池发展较迅速，其能体现较高的光电转换效率及稳定性， 但是铅的毒性较大，在制备、利用和后处理的过程中会产生环境问题而导致难以推广应用， 为了解决铅元素毒性的问题，目前也有利用其他无毒元素替代铅元素的太阳能电池种类，如 锡基钙钛矿太阳电池，其因不含铅元素，大幅降低了钙钛矿材料的毒性，但其光电转换效率 远低于铅基钙钛矿太阳电池，且材料极不稳定。锡铅混合钙钛矿太阳能电池结合了锡基钙钛 矿太阳能电池和铅基钙钛矿太阳能电池的优势，不仅提高了光电转换效率和稳定性，还降低 了材料的毒性，具有巨大的发展潜力。
尽管锡铅混合钙钛矿方面的研究已经有了较为明显的进展，但是其相比于纯铅的钙钛矿 材料仍有一定差距，其光电转换效率和稳定性还有待提高，这些问题主要材料是由能级失配、 锡易被氧化、界面缺陷等因素导致的。目前，出现了一些在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中引 入添加剂来提高电池性能的技术，如中国专利“一种铅锡共混钙钛矿层及其制备方法和应用” (申请号：201910886038.6，申请公布日：2019.12.10)公开了在铅锡共混钙钛矿前驱体溶液 中加入金属还原剂以减少钙钛矿的缺陷密度；中国专利“一种铅锡共混钙钛矿薄膜及其制备 方法和应用”(申请号：202011064738.6，申请公布日：2021.02.09)公开了在钙钛矿前驱体 溶液中添加两性离子还原剂可钝化钙钛矿薄膜的缺陷，同时调控铅锡共混钙钛矿的结晶，改 善钙钛矿薄膜的均匀性，这些技术虽然可以在一定程度上钝化界面，降低界面缺陷的密度， 调整钙钛矿层的结晶，提高钙钛矿层的成膜质量，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效 率，但是这些技术均是从解决锡氧化的方面来提高器件的稳定性，而未解决铅的毒性问题， 也不能对铅锡混合钙钛矿太阳能电池的光电转化效率作进一步改善。
发明内容
本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种氢碘酸修饰的锡铅混合 钙钛矿太阳能电池及其制备方法，可抑制锡铅混合钙钛矿层中的锡离子氧化，降低钙钛矿薄 膜的缺陷密度并改善钙钛矿薄膜的结晶，提高钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和光电转换效 率。
本发明采取的技术方案是，提供一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而 下依次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电 极，所述锡铅混合钙钛矿层为在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入无机氢碘酸溶液后制成。
在本技术方案中，在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中引入了无机氢碘酸溶液，与在锡铅钙 钛矿前驱体溶液中引入其他有机氢碘酸盐或碘化物不同，无机氢碘酸可对锡铅混合钙钛矿薄 膜进行多方面改善，除了在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中作为还原剂抑制锡离子氧化改善薄 膜质量外，还能作为添加剂提高器件的光电转换效率，克服了其他添加剂只能针对钙钛矿薄 膜其中一个性能优化的不足，因此引入氢碘酸具有更大的优势。
在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中，无机氢碘酸在其中作为还原剂，其与Sn4+反应机理为 I-+Sn4+＝Sn2++I2，因此无机氢碘酸在器件制备过程中可将被氧化的Sn4+还原为Sn2+以抑制锡离 子的氧化，降低钙钛矿薄膜的缺陷密度；在制备过程中，含有孤对电子的氢离子和碘离子与 钙钛矿中的铅离子和锡离子形成化学配合物，可调控钙钛矿薄膜的结晶以提高成膜质量，一 方面钝化了晶界，降低了暗电流，另一方面提高了钙钛矿薄膜的结晶性和覆盖率，减少了钙 钛矿薄膜中针孔的形成，抑制了器件中电荷的复合，提高了器件电荷的抽取性能，从而提高 了锡铅混合钙钛矿太阳能电池的光电转化效率；此外，氢离子的引入可有效钝化Pb-I反位缺 陷和配位不足的Pb原子等深能级陷阱状态，从而减少了非辐射复合，提高了光电转换效率； 由于引入氢碘酸可提高器件的光电转换效率和稳定性，因此可减少锡铅混合钙钛矿前驱体溶 液中铅的含量，以进一步降低锡铅混合钙钛矿材料的毒性。
进一步地，所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中无机氢碘酸的含量为5～10μL。
优选地，所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中无机氢碘酸的含量为5μL。
在本技术方案中，向锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入一定量的无机氢碘酸，保证无机 氢碘酸对锡离子的还原作用和对薄膜缺陷的钝化效果，改善钙钛矿薄膜的质量，同时避免无 机氢碘酸的加入量过大会影响器件的性能。
进一步地，所述透明电极的材料为掺杂ITO、FTO、AZO或ATO的一种或多种混合物的基底材料；
所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS、PTAA或Poly-TPD的一种或多种混合物；
所述锡铅混合钙钛矿层的材料为MASnxPb1-xI3、FASnxPb1-x I3、MAxFA1-x SnyPb1-yI3、FAbCs1-bSnxPb1-xI3、(FASnI3)1-x(MAPbI3)x的一种或多种混合物；
所述电子传输层的材料为C60或PC61BM的一种或两种混合物；
所述电子阻挡层为BCP或ZnO的一种或两种混合物；
所述对电极的材料为Au、Ag或Al的一种或多种混合物。
优选地，所述透明电极的材料为掺杂氧化铟锡ITO基底材料；所述空穴传输层的材料为 PEDOT:PSS；所述锡铅混合钙钛矿层的材料为(FASnI3)1-x(MAPbI3)x；所述电子传输层的材料 为C60；所述电子阻挡层的材料为BCP；所述对电极的材料为Ag。
本发明还提供了上述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步 骤：
S1刻蚀超声清洗透明电极；
S2在步骤S1处理后的透明电极上制备空穴传输层；
S3在步骤S2制备的空穴传输层上制备锡铅混合钙钛矿层；
S4在步骤S3制备的锡铅混合钙钛矿层上使用热蒸镀法制备电子传输层；
S5在步骤S4制备的电子传输层上使用热蒸镀法制备电子阻挡层；
S6在步骤S5制备的电子阻挡层上使用热蒸镀法制备对电极。
进一步地，所述步骤S1为：对透明电极进行刻蚀后，将其浸没于异丙醇中，超声清洗 20～30min后取出，加入洗洁精和去离子水超声清洗20～30min后取出，再加入去离子水超声 清洗20～30min，并反复清洗2～3次后干燥12h。
优选地，所述超声清洗的超声功率均为40～60％，超声温度均为20～25℃。
优选地，在步骤S1中对透明电极的特定位置进行蚀刻，具体为在透明电极两侧对宽度 相同的区域进行蚀刻，以便在后续的旋涂过程中区分导电面和非导电面，避免了操作失误。
进一步地，所述步骤S2为将在步骤S1处理后的透明电极进行臭氧处理，然后将含有空 穴传输层材料的溶液滴加到所述透明电极表面，以2000～4000r/m的旋涂速度旋涂20～30s后， 在150～175℃下退火10～15min，所述空穴传输层即沉积在所述透明电极上。
优选地，在步骤S2中将40-50μL的PEDOT:PSS溶液滴加到所述透明电极表面。
进一步地，所述步骤S3为将在步骤S2处理后的透明电极进行臭氧处理，然后添加了无 机氢碘酸溶液的锡铅混合钙钛矿前驱体溶液滴加至所述透明电极沉积空穴传输层的一面，以 3000～5000r/m的旋涂速度旋涂30～60s，在旋涂结束10～15s前向所述透明电极表面滴加氯苯， 旋涂结束后将所述透明电极置于100℃下退火3～5min，所述锡铅混合钙钛矿层即沉积在所述 透明电极的空穴传输层上。
优选地，所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液与氯苯的体积比为(4～5):(6～7)。
优选地，将50～60μL所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液滴加至所述透明电极沉积空穴传输 层的一面；在旋涂结束5～8s前向所述透明电极表面滴加60～70μL氯苯。
再进一步地，所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液通过以下方法制备：
A1将SnI2、FAI、SnF2粉末以摩尔比(1～2):(1～2):(1～2)混合得粉末混合物，并将无水DMSO与无水DMF以体积比(1～2)：2混合得混合溶液，所述粉末混合物与混合溶 液按质量比(1～2)：2混合，并将其边搅拌边加热后得FASnI3钙钛矿前驱体溶液；
A2将PbI2、MAI、Pb(SCN)2粉末以摩尔比(1～2):(1～2):(1～2)混合得粉末混合物，并将无水DMSO与无水DMF以体积比(1～2):9混合得混合溶液，所述粉末混合物与混合 溶液按质量比(1～2):2混合，并将其边搅拌边加热后得MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液；
A3将步骤A1制得的FASnI3钙钛矿前驱体溶液和步骤A2制得的MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔比(5～6):4混合后，加入无机氢碘酸溶液，即得锡铅混合钙钛矿前驱体溶液。
优选地，所述无机氢碘酸溶液的浓度为所述无机氢碘酸溶液、FASnI3钙钛矿前驱体溶液 与MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔比1：1混合。
优选地，所述SnI2加入量为0.2200～0.2232g，FAI加入量为0.1000～0.1032g，SnF2加入 量为0.0090～0.0093g，PbI2加入量为0.1800～0.1844g，MAI加入量为0.0630～0.6360，Pb(SCN)2加入量为0.0040～0.0045g。
进一步地，所述步骤S4为将透明电极刮去旋涂的一个电极后，在真空下进行电子传输 层的热蒸镀，蒸镀速率为0.2～0.4à/s，当蒸镀至厚度达到20～30nm时，停止蒸镀后获得电子 传输层。
优选地，所述步骤S4为透明电极转移到真空热蒸发设备内并置于掩模板中刮去旋涂的 一个电极后，将透明电极和适量的C60粉末一同放入蒸镀机内，并抽真空至106Torr以下后 开始蒸镀，当C60蒸镀至厚度达到20～30nm时停止蒸镀，即获得沉积在所述锡铅混合钙钛矿 层上的电子传输层。
进一步地，所述步骤S5为将步骤S4制备电子传输层后的透明电极和BCP粉末置于蒸镀 机内进行热蒸镀，蒸镀机内抽真空至106Torr以下开始以0.2～0.4à/s的蒸镀速率进行蒸镀， 当蒸镀至厚度达到7nm时停止蒸镀，即获得沉积在所述透明电极的电子传输层上的电子阻挡 层。
进一步地，所述步骤S6为将步骤S5制备电子阻挡层后的透明电极在真空下进行对电极 的热蒸镀，蒸镀速率为0.2～0.4à/s，当对电极蒸镀至厚度达到80～100nm时，停止蒸镀，冷却 后获得沉积在所述电子阻挡层上的对电极。
优选地，所述步骤S6为将透明电极和适量的Ag颗粒一同放入蒸镀机内，并抽真空至 106Torr以下开始蒸镀，当对电极蒸镀至厚度达到80～100nm时，停止蒸镀，冷却1h后获得 所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池。
优选地，在步骤A1中边搅拌边在50～60℃的温度下加热1～2h，和/或，在步骤A2中边 搅拌边在50～60℃的温度下加热1～2h。
在本技术方案中，在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中引入了无机氢碘酸，在制备过程中可 抑制锡离子的氧化以降低钙钛矿薄膜的缺陷密度，并有效钝化Pb-I反位缺陷和配位不足的 Pb原子等的深能级陷阱状态以减少非辐射复合，还提高了锡铅混合钙钛矿晶体的结晶性，钝 化晶界降低暗电流的同时，改善了钙钛矿薄膜的成膜质量，使钙钛矿薄膜中针孔更少，薄膜 覆盖率得以提高，进而提高了锡铅混合钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转化效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入无机氢碘酸溶液后制成锡铅混合钙钛矿 层，无机氢碘酸除了作为还原剂抑制锡离子氧化以降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度外，还可与 铅离子和锡离子形成化学配合物，提高钙钛矿层成膜质量，克服了其他钙钛矿材料添加剂只 能优化锡铅混合钙钛矿材料其中一个性能的不足，除了可提高器件的稳定性和光电转化效率 外，还能减少添加剂的加入量，避免过多添加剂影响器件性能；
(2)本发明的引入无机氢碘酸后，可减少钙钛矿前驱体溶液中铅的含量以降低锡铅混合 钙钛矿层的毒性，从而在保证器件具有较高光电转化效率，并解决了目前锡铅混合钙钛矿太 阳能电池毒性较大的问题；
(3)本发明在电子传输层和对电极之间设置了电子阻挡层，可避免在制备对电极时电子 传输层在热蒸镀过程中扩散到对电极上，以保证电子传输层的质量，进而提高电荷传输效率；
(4)本发明的制备方法在透明电极上采用热蒸镀法依次制备电子传输层、电子阻挡层及 对电极，制备工艺可靠高效，制备的薄膜均匀致密，可应于光学器件，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明的氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳电池的结构示意图。
图2为本发明的透明电极刻蚀区域示意图。
图3为实施例1、2和对比例1、2的电池光电效率测试结果图。
图4为实施例1的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像。
图5为实施例2的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像。
图6为对比例1的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像。
图7为对比例2的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像。
附图中标记为：透明电极100；刻蚀区域110；非刻蚀区域120；空穴传输层200；钙钛矿层 300；电子传输层400；电子阻挡层500；对电极600。
具体实施方式
本发明附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。为了更好说明以下实施例， 附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说， 附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
下述实施例中，所述透明电极的材料为掺杂氧化铟锡ITO基底材料，并依照图2对非刻 蚀区域120两侧的刻蚀区域110进行刻蚀；所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS；所述锡铅 混合钙钛矿层的材料为(FASnI3)1-x(MAPbI3)x；所述电子传输层的材料为C60；所述电子阻挡 层的材料为BCP；所述对电极的材料为Ag。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而下依 次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电极， 所述锡铅混合钙钛矿层为在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入无机氢碘酸溶液后制成。
本实施例的锡铅混合钙钛矿太阳能电池采用下述方法制备，具体步骤为：
S1刻蚀超声清洗透明电极：用金刚笔对透明电极依照图2刻蚀区域示意图进行刻蚀后， 将其置于聚四氟乙烯清洗架上，然后将刻蚀后的透明电极和聚四氟乙烯清洗架放入烧杯中， 向所述烧杯内倒入异丙醇至浸没所述透明电极，以40～60％的超声功率在20～25℃下进行超声 清洗30min后倒出废液，然后加入洗洁精和去离子水以同样的超声功率和温度进行超声清洗 30min后倒出废液，再加入去离子水以同样的超声功率和温度进行超声清洗30min，并反复 清洗3次后放入干燥箱干燥12h；
S2制备空穴传输层：将在步骤S1处理后的透明电极进行臭氧处理，并将PEDOT溶液用过滤头进行过滤，用于制备空穴传输层的PEDOT:PSS溶液，将臭氧处理后的透明电极放于旋涂仪上，将旋涂仪的旋涂速度设置为4000r/m，旋涂时间设置为30s，旋涂加速度设置为1000r/m2，向透明电极表面滴加40μL PEDOT:PSS溶液后开始旋涂，旋涂结束后将所述透明电极置于150℃的加热台上退火15min，所述空穴传输层即沉积在所述透明电极上；
S3制备锡铅混合钙钛矿层：将在步骤S2处理后的透明电极进行臭氧处理30min后置于 通Ar气的手套箱内的旋涂仪上，将旋涂仪的旋涂速度设置为5000r/m，旋涂时间设置为60s， 旋涂加速度设置为1000r/m2，用移液枪吸取50μL的钙钛矿前驱体溶液滴加至透明电极沉积 空穴传输层的一面，启动旋涂，旋涂结束的15s前，用移液枪吸取70μL的氯苯滴加到所述 透明电极表面，旋涂结束后，将所述透明电极置于100℃的加热台上退火5min，所述钙钛矿 层即沉积在所述透明电极的空穴传输层上；
S4制备电子传输层：将透明电极转移到真空热蒸发设备内并置于掩模板中，刮去旋涂 的一个电极后，将透明电极和C60粉末置于蒸镀机内进行热蒸镀，蒸镀机内抽真空至106Torr 以下后开始以
Figure BDA0003219855550000071
的蒸镀速率进行蒸镀，当C60蒸镀至厚度达到20nm时，停止蒸镀， 即获得沉积在所述锡铅混合钙钛矿层上的电子传输层；
S5制备电子阻挡层：将透明电极和BCP粉末置于蒸镀机内进行热蒸镀，蒸镀机内抽真 空至106Torr以下开始以
Figure BDA0003219855550000072
的蒸镀速率进行蒸镀，当蒸镀至厚度达到7nm时停止蒸 镀，即获得沉积在所述透明电极的电子传输层上的电子阻挡层；
S6制备对电极：将透明电极和适量Ag颗粒置于蒸镀机内进行热蒸镀，蒸镀机内抽真空 至106Torr以下开始以
Figure BDA0003219855550000073
的蒸镀速率进行蒸镀，当对电极蒸镀至厚度达到100nm时， 停止蒸镀，冷却1h后获得所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池。
本实施例中，步骤S3的锡铅混合钙钛矿前驱体溶液采用下述方法制备，具体步骤为：
A1将0.223g SnI2粉末、0.103g FAI粉末、0.009g SnF2粉末混合得粉末混合物，并将无 水DMSO与无水DMF以体积比1：4混合得混合溶液，取0.5ml混合溶液与粉末混合物混合均匀，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后得FASnI3钙钛矿前驱体溶液；
A2将0.184g PbI2粉末、0.063g MAI粉末、0.004g Pb(SCN)2粉末混合得粉末混合物，并 将无水DMSO与无水DMF以体积比1：9混合得混合溶液，取0.5ml混合溶液与粉末混合物 混合均匀，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后得MAPbI3钙钛矿前驱体溶液；
A3将步骤A1制得的FASnI3钙钛矿前驱体溶液和步骤A2制得的MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔6:4混合，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后，加入10μL浓度为99.8％的氢碘酸溶液混合均匀，将所述钙钛矿前驱体溶液经过滤头过滤，得到钙钛矿前驱体溶液。
实施例2
如图1所示，本实施例提供一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而下依 次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电极， 所述锡铅混合钙钛矿层为在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入无机氢碘酸溶液后制成，其与 实施例1基本相同，区别在于，在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入的无机氢碘酸溶液用量 不同。在本实施例中步骤S3的锡铅混合钙钛矿前驱体溶液采用下述方法制备，具体步骤为：
A1将0.223g SnI2粉末、0.103g FAI粉末、0.009g SnF2粉末混合得粉末混合物，并将无 水DMSO与无水DMF以体积比1：4混合得混合溶液，取0.5ml混合溶液与粉末混合物混合均匀，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后得FASnI3钙钛矿前驱体溶液；
A2将0.184g PbI2粉末、0.063g MAI粉末、0.004g Pb(SCN)2粉末混合得粉末混合物，并 将无水DMSO与无水DMF以体积比1：9混合得混合溶液，取0.5ml混合溶液与粉末混合物 混合均匀，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后得MAPbI3钙钛矿前驱体溶液；
A3将步骤A1制得的FASnI3钙钛矿前驱体溶液和步骤A2制得的MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔比6:4混合，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后，加入5μL浓度为99.8％的 氢碘酸溶液混合均匀，将所述钙钛矿前驱体溶液经过滤头过滤，得到钙钛矿前驱体溶液。
对比例1
如图1所示，本对比例提供一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而下依 次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电极， 其与实施例1、2基本相同，区别在于，在本对比例中，所述锡铅混合钙钛矿层中未添加无机 氢碘酸溶液。
对比例2
如图1所示，本对比例提供一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而下依次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电极，其与实施例1、2基本相同，区别在于，在本对比例中，所述锡铅混合钙钛矿层为在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入后制成。
在本对比例中步骤S3的锡铅混合钙钛矿前驱体溶液采用下述方法制备，具体步骤为：
A1将0.223g SnI2粉末、0.103g FAI粉末、0.009g SnF2粉末混合得粉末混合物，并将无 水DMSO与无水DMF以体积比1：4混合得混合溶液，取0.5ml混合溶液与粉末混合物混合均匀，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后得FASnI3钙钛矿前驱体溶液；
A2将0.184g PbI2粉末、0.063g MAI粉末、0.004g Pb(SCN)2粉末混合得粉末混合物，并 将无水DMSO与无水DMF以体积比1：9混合得混合溶液，取0.5ml混合溶液与粉末混合物 混合均匀，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后得MAPbI3钙钛矿前驱体溶液；
A3将步骤A1制得的FASnI3钙钛矿前驱体溶液和步骤A2制得的MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔比6:4混合，将其置于50℃下边搅拌边加热2h后，加入5μL浓度为99.8％的 碘酸混合均匀，将所述钙钛矿前驱体溶液经过滤头过滤，得到钙钛矿前驱体溶液。
将实施例1、2和对比例1、2所制得的太阳能电池置于模拟太阳光下测定其电流密度－ 电压特性曲线即J-V曲线以评价其性能，测试光源为AM1.5G，100mW cm-2氙灯的模拟太阳 光，所述实施例1、2和对比例1、2所制得的太阳能电池置于测试光源下照射3～5min，通过 数字源表收集数据。通过该测试可获得的重要性能参数有：短路电流密度Jsc、开路电压Voc、 填充因子FF和光电转化效率PCE。
测试结果如图3所示，其中，图3(a)、图3(b)为实施例1、2的太阳能电池测试结果，图3(c)、图3(d)分别为对比例例1、2的测试结果，由该图可知，实施例1的光电转换效率较实施例2低，原因在于，实施例1与实施例2引入无机氢碘酸的量不同，在其他制备条件相 同的情况下，实施例2的条件下制备的太阳能电池薄膜更致密均匀，光电转化效率更高，稳 定性更好；对比例1与实施例1、2相比，其光电转换效率最低，原因在于，对比例1未在钙 钛矿前驱体溶液中引入无机氢碘酸，在其他制备条件相同的情况下，实施例1、实施例2在 钙钛矿前驱体溶液中引入无机氢碘酸，无机氢碘酸在制备过程中不仅作为还原剂，抑制锡离 子的氧化，提高了锡铅混合钙钛矿太阳能电池的稳定性，还作为添加剂，钝化了界面，调整 了钙钛矿的结晶，提高了钙钛矿太阳能电池的成膜质量，从而提高了锡铅混合钙钛矿太阳能电池的光电转化效率；对比例2的光电转换效率比对比例1高，但比实施例1、2的低，因为 其仅能对锡铅混合钙钛矿材料的晶体结构作出优化，无法抑制锡离子氧化，也不能改善锡铅混合钙钛矿材料的其他性能。
使用扫描电镜观察实施例1、2和对比例1、2中步骤S3制备的锡铅混合钙钛矿层的形 貌，其扫描电镜图像如图4至7所示，其中图4为实施例1制备的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像，图5实施例2制备的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像，图6为对比例1制备的 锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像，图7为对比例2制备的锡铅混合钙钛矿层的扫描电镜图像。根据图6所示，对比例1制备的锡铅混合钙钛矿层缺陷最多，原因在于其未在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中引入无机氢碘酸，锡离子在制备过程中发生了氧化，导致成膜质量较差； 结合图4和5所示，实施例1制备的锡铅混合钙钛矿层缺陷较对比例1制备的少，但比实施 例2的更多，原因在于实施例1虽然引入了无机氢碘酸可抑制锡离子的氧化，但其加入量过 大，影响了器件的性能，而实施例2中引入适量的无机氢碘酸，无机氢碘酸在锡铅混合钙钛 矿层制备中可同时作为还原剂和添加剂改善钙钛矿薄膜的稳定性和质量，进而提升器件的光 电转化效率；结合图7所示，由于对比例2中引入了无法抑制锡离子氧化的碘酸，其制备的 锡铅混合钙钛矿层依然存在较多缺陷。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例，而并非是 对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、 等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，由上而下依次包括透明电极、空穴传输层、锡铅混合钙钛矿层、电子传输层、电子阻挡层以及对电极，其特征在于，所述锡铅混合钙钛矿层为在锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中加入无机氢碘酸溶液后制成。
2.根据权利要求1所述的氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述无机氢碘酸与锡铅混合钙钛矿前驱体溶液中铅离子和锡离子之和的摩尔比为(1～2):10:10。
3.根据权利要求1所述的氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池，其特征在于，
所述透明电极的材料为掺杂ITO、FTO、AZO或ATO的一种或多种混合物的基底材料；
所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS、PTAA或Poly-TPD的一种或多种混合物；
所述锡铅混合钙钛矿层的材料为MASnxPb1-xI3、FASnxPb1-x I3、MAxFA1-x SnyPb1-yI3、FAbCs1-bSnxPb1-xI3、(FASnI3)1-x(MAPbI3)x的一种或多种混合物；
所述电子传输层的材料为C60或PC61BM的一种或两种混合物；
所述电子阻挡层为BCP或ZnO的一种或两种混合物；
所述对电极的材料为Au、Ag或Al的一种或多种混合物。
4.一种如权利要求1至3任一项所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1刻蚀超声清洗透明电极；
S2在步骤S1处理后的透明电极上制备空穴传输层；
S3在步骤S2制备的空穴传输层上制备锡铅混合钙钛矿层；
S4在步骤S3制备的锡铅混合钙钛矿层上使用热蒸镀法制备电子传输层；
S5在步骤S4制备的电子传输层上使用热蒸镀法制备电子阻挡层；
S6在步骤S5制备的电子阻挡层上使用热蒸镀法制备对电极。
5.根据权利要求4所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S3为将在步骤S2处理后的透明电极进行臭氧处理，然后将添加了无机氢碘酸溶液的锡铅混合钙钛矿前驱体溶液滴加至所述透明电极沉积空穴传输层的一面，以3000～5000r/m的旋涂速度旋涂30～60s，在旋涂结束10～15s前向所述透明电极表面滴加氯苯，旋涂结束后将所述透明电极置于100℃下退火3～5min，所述锡铅混合钙钛矿层即沉积在所述透明电极的空穴传输层上。
6.根据权利要求5所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液与氯苯的体积比为(4～5):(6～7)。
7.根据权利要求5所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述锡铅混合钙钛矿前驱体溶液通过以下方法制备：
A1将SnI2、FAI、SnF2粉末以摩尔比(1～2):(1～2):(1～2)混合得粉末混合物，并将无水DMSO与无水DMF以体积比(1～2):2混合得混合溶液，所述粉末混合物与混合溶液按质量比(1～2):2混合，并将其边搅拌边加热后得FASnI3钙钛矿前驱体溶液；
A2将PbI2、MAI、Pb(SCN)2粉末以摩尔比(1～2):(1～2):(1～2)混合得粉末混合物，并将无水DMSO与无水DMF以体积比(1～2):9混合得混合溶液，所述粉末混合物与混合溶液按质量比(1～2):2混合，并将其边搅拌边加热后得MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液；
A3将步骤A1制得的FASnI3钙钛矿前驱体溶液和步骤A2制得的MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔比(5～6)：4混合后，加入无机氢碘酸溶液，即得锡铅混合钙钛矿前驱体溶液。
8.根据权利要求7所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述无机氢碘酸溶液的浓度为95～99.8％，所述无机氢碘酸溶液、FASnI3钙钛矿前驱体溶液与MAPbBr3钙钛矿前驱体溶液按摩尔比(1～2):10:10混合。
9.根据权利要求7所述氢碘酸修饰的锡铅混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在步骤A1中边搅拌边在50～60℃的温度下加热1～2h，和/或，在步骤A2中边搅拌边在50～60℃的温度下加热1～2h。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115124432A (zh) * 2022-07-25 2022-09-30 上海科技大学 基于手性锡铅混合钙钛矿圆偏振光电探测器及其制备方法
CN115286939A (zh) * 2022-08-01 2022-11-04 昆山协鑫光电材料有限公司 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜及制备用组合物、制法和应用

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150287852A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 The Hong Kong Polytechnic University Crystal Control and Stability for High-Performance Perovskite Solar Cell
CN105810831A (zh) * 2016-04-05 2016-07-27 河北大学 一种铅锡混合钙钛矿薄膜、其制备方法及应用
CN106910828A (zh) * 2017-01-12 2017-06-30 华南师范大学 一种具有双层钙钛矿薄膜结构的太阳能电池及其制备方法
CN106960908A (zh) * 2017-03-23 2017-07-18 华南师范大学 一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109904328A (zh) * 2019-01-22 2019-06-18 华南师范大学 一种平面型钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN110098335A (zh) * 2019-05-24 2019-08-06 南京邮电大学 一种基于离子液修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110391337A (zh) * 2019-08-01 2019-10-29 深圳先进技术研究院 一种碱金属氢氧化物界面修饰层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN110556481A (zh) * 2019-09-19 2019-12-10 南京大学 一种铅锡共混钙钛矿层及其制备方法和应用
CN110862702A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用
CN112349842A (zh) * 2020-09-30 2021-02-09 南京大学 一种铅锡共混钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
CN112397653A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 山东大学 一种高效稳定无机无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法
WO2021072816A1 (zh) * 2019-10-17 2021-04-22 上海科技大学 一种卤化亚锡/铅溶液的合成方法和应用
US20210135135A1 (en) * 2019-04-11 2021-05-06 Zhejiang University Inverted thick 2d hybrid perovskite solar cell insensitive to film thickness and method for preparing the same
CN113206201A (zh) * 2021-05-13 2021-08-03 南京邮电大学 一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150287852A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 The Hong Kong Polytechnic University Crystal Control and Stability for High-Performance Perovskite Solar Cell
CN105810831A (zh) * 2016-04-05 2016-07-27 河北大学 一种铅锡混合钙钛矿薄膜、其制备方法及应用
CN106910828A (zh) * 2017-01-12 2017-06-30 华南师范大学 一种具有双层钙钛矿薄膜结构的太阳能电池及其制备方法
CN106960908A (zh) * 2017-03-23 2017-07-18 华南师范大学 一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109904328A (zh) * 2019-01-22 2019-06-18 华南师范大学 一种平面型钙钛矿太阳能电池的制备方法
US20210135135A1 (en) * 2019-04-11 2021-05-06 Zhejiang University Inverted thick 2d hybrid perovskite solar cell insensitive to film thickness and method for preparing the same
CN110098335A (zh) * 2019-05-24 2019-08-06 南京邮电大学 一种基于离子液修饰空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110391337A (zh) * 2019-08-01 2019-10-29 深圳先进技术研究院 一种碱金属氢氧化物界面修饰层及其在钙钛矿太阳能电池中的应用
CN110556481A (zh) * 2019-09-19 2019-12-10 南京大学 一种铅锡共混钙钛矿层及其制备方法和应用
WO2021072816A1 (zh) * 2019-10-17 2021-04-22 上海科技大学 一种卤化亚锡/铅溶液的合成方法和应用
CN110862702A (zh) * 2019-11-05 2020-03-06 南京邮电大学 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜、其制备方法及其应用
CN112349842A (zh) * 2020-09-30 2021-02-09 南京大学 一种铅锡共混钙钛矿薄膜及其制备方法和应用
CN112397653A (zh) * 2020-11-17 2021-02-23 山东大学 一种高效稳定无机无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN113206201A (zh) * 2021-05-13 2021-08-03 南京邮电大学 一种优化无铅钙钛矿太阳能电池薄膜的方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115124432A (zh) * 2022-07-25 2022-09-30 上海科技大学 基于手性锡铅混合钙钛矿圆偏振光电探测器及其制备方法
CN115124432B (zh) * 2022-07-25 2024-01-16 上海科技大学 基于手性锡铅混合钙钛矿圆偏振光电探测器及其制备方法
CN115286939A (zh) * 2022-08-01 2022-11-04 昆山协鑫光电材料有限公司 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜及制备用组合物、制法和应用
CN115286939B (zh) * 2022-08-01 2024-02-23 昆山协鑫光电材料有限公司 无铅锡基卤化物钙钛矿薄膜及制备用组合物、制法和应用

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