CN113889574B - 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用 - Google Patents

一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN113889574B
CN113889574B CN202111465638.9A CN202111465638A CN113889574B CN 113889574 B CN113889574 B CN 113889574B CN 202111465638 A CN202111465638 A CN 202111465638A CN 113889574 B CN113889574 B CN 113889574B
Authority
CN
China
Prior art keywords
perovskite
layer
conductive particles
thickness
nano conductive
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
CN202111465638.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113889574A (zh
Inventor
熊继光
李卫东
赵志国
刘家梁
李梦洁
赵东明
秦校军
张赟
夏渊
黄斌
申建汛
张�杰
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.)
Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Renewables Corp Ltd
Original Assignee
Huaneng Clean Energy Research Institute
Huaneng Renewables Corp Ltd
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 Huaneng Clean Energy Research Institute, Huaneng Renewables Corp Ltd filed Critical Huaneng Clean Energy Research Institute
Priority to CN202111465638.9A priority Critical patent/CN113889574B/zh
Publication of CN113889574A publication Critical patent/CN113889574A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113889574B publication Critical patent/CN113889574B/zh
Priority to PCT/CN2022/099121 priority patent/WO2023098023A1/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • 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
    • 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
    • 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

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

Abstract

本申请公开了一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用，制备方法包括：S1、由溶质、溶剂配置得到第一钙钛矿溶液，溶质包括前驱体材料或其钙钛矿单晶，及第一纳米导电粒子；S2、将S1得到的第一钙钛矿溶液湿法成膜，进行退火处理，退火温度为100‑150℃，时间为10‑30min，形成第一钙钛矿结晶层，其厚度为100‑300nm，且晶界处具有通道；S3、在S2得到的第一钙钛矿结晶层表面形成用于防止电荷复合的阻隔层；S4、在S3形成的阻隔层上采用第二钙钛矿溶液形成第二钙钛矿结晶层，其厚度小于第一钙钛矿结晶层，晶界处也具有通道。由本发明制备的钙钛矿材料层制成聚光钙钛矿太阳能电池，器件效率较高。

Description

一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及 应用
技术领域
本申请属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用。
背景技术
目前，钙钛矿太阳能电池是备受关注的太阳能电池之一。通常情况下，钙钛矿太阳能电池主要由FTO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿材料吸收层、空穴传输层和金属电极组成。这种光电效应太阳能电池的工作原理是：在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对，然后，未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。
聚光钙钛矿太阳能电池和普通钙钛矿太阳能电池的主要区别是：钙钛矿材料层厚度不同，相对较厚的钙钛矿层吸光能力更好。钙钛矿晶体为ABX3，一般为立方体或八面体结构，A通常是有机阳离子，B为金属阳离子，主要有铅、铯，X为I、Br等卤族阴离子。电子传输层的材料为C60、SnO2、TiO2等，空穴传输层的材料主要为PTAA、Spiro，金属电极包括Cu、Al、Au、Ag等。
目前，钙钛矿材料层的制备主要通过喷涂或旋涂钙钛矿前驱液的方式进行。聚光钙钛矿太阳能电池需要把钙钛矿材料层做厚，但是做厚以后，厚度超过了载流子的扩散长度，造成载流子无法顺利被相应的传输层收取，影响器件效率。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用，由本发明制备的钙钛矿材料层制成聚光钙钛矿太阳能电池，其具有较高器件效率。
本申请提供一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法，包括以下步骤：
S1、由溶质、溶剂配置得到第一钙钛矿溶液，所述溶质包括前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及第一纳米导电粒子；所述前驱体材料包括PbI2、PbBr2、CsI或CsBr；
S2、将步骤S1得到的第一钙钛矿溶液湿法成膜，然后进行退火处理，退火温度为100-150℃，时间为10-30min，形成第一钙钛矿结晶层，其厚度为100-300nm，且晶界处具有通道；
S3、在步骤S2得到的第一钙钛矿结晶层表面，形成用于防止电荷复合的阻隔层；
S4、在步骤S3形成的阻隔层上，采用第二钙钛矿溶液形成第二钙钛矿结晶层，其厚度小于第一钙钛矿结晶层，晶界处也具有通道，制备得到钙钛矿材料层；
所述第二钙钛矿溶液的溶质包括所述前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及第二纳米导电粒子，所述第一纳米导电粒子和第二纳米导电粒子分别为不同的N型纳米导电粒子、P型纳米导电粒子；所述N型纳米导电粒子为富勒烯、SnO2、TiO2或ZnO纳米粒子；所述P型纳米导电粒子为NiOx、Cu2O、CuI或CuSCN纳米粒子。
优选地，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基丙烯基脲、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙二醇甲醚、乙腈和γ-丁内酯中的一种或几种。
优选地，所述第一钙钛矿溶液和第二钙钛矿溶液中，前驱体材料均还包括添加剂FAI、MAI、MACl和MABr中的一种或几种。
优选地，步骤S2中，所述湿法成膜通过狭缝涂布、刮涂、旋涂或喷涂的方式实现。
优选地，步骤S3中，所述阻隔层由钙钛矿前驱体材料通过共蒸法形成，厚度为50-200nm；所述钙钛矿前驱体材料包括PbI2、PbBr2、CsI或CsBr。
优选地，步骤S3中，所述阻隔层由BCP、PEAI或PDAI2材料形成，厚度为5-10nm。
优选地，步骤S4中，所述第二钙钛矿结晶层的厚度为100-300nm。
本发明还提供如前文所述的制备方法得到的钙钛矿材料层在制备聚光钙钛矿太阳能电池中的应用。
与现有技术相比，本发明实施例在钙钛矿溶液中加入N型/P型纳米导电粒子，所述N型纳米导电粒子富勒烯、SnO2、TiO2或ZnO纳米粒子；所述P型纳米导电粒子为NiOx、Cu2O、CuI或CuSCN纳米粒子；所述钙钛矿溶液湿法成膜后退火处理，使得进行结晶时导电粒子在晶界富集形成通道，而且在通道处，再增加用于防止电荷复合的阻隔层，同时进一步增加钙钛矿层的厚度，增强吸光度，进而制备聚光钙钛矿太阳能电池。本发明方法中，在一个比较长的传输距离上形成了载流子传输通道，提高了载流子提取效率，进而提高其应用的电池器件效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电池器件的结构示意图。
具体实施方式
下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法，包括以下步骤：
S1、由溶质、溶剂配置得到第一钙钛矿溶液，所述溶质包括前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及第一纳米导电粒子；所述前驱体材料包括PbI2、PbBr2、CsI或CsBr；
S2、将步骤S1得到的第一钙钛矿溶液湿法成膜，然后进行退火处理，退火温度为100-150℃，时间为10-30min，形成第一钙钛矿结晶层，其厚度为100-300nm，且晶界处具有通道；
S3、在步骤S2得到的第一钙钛矿结晶层的表面，形成用于防止电荷复合的阻隔层；
S4、在步骤S3形成的阻隔层上，采用第二钙钛矿溶液形成第二钙钛矿结晶层，其厚度小于第一钙钛矿结晶层，晶界处也具有通道，制备得到钙钛矿材料层；所述第二钙钛矿溶液的溶质包括所述前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及第二纳米导电粒子，所述第一纳米导电粒子和第二纳米导电粒子分别为不同的N型纳米导电粒子、P型纳米导电粒子；所述N型纳米导电粒子为富勒烯、SnO2、TiO2或ZnO纳米粒子；所述P型纳米导电粒子为NiOx、Cu2O、CuI或CuSCN纳米粒子。
由本发明制备的钙钛矿材料层制成聚光钙钛矿太阳能电池，能够提高电池器件效率。
首先，本发明实施例配制钙钛矿溶液；所述钙钛矿溶液的溶质包括：前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及N型纳米导电粒子或P型纳米导电粒子。所述钙钛矿溶液中，溶剂包括DMF（N,N-二甲基甲酰胺）、DMSO（二甲基亚砜）、DMPU（N,N-二甲基丙烯基脲）、NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）、2-ME（乙二醇甲醚）、ACN（乙腈）、GBL（γ-丁内酯）等的一种或几种的混合溶剂，不同溶剂所占体积百分比为0.5~100%。例如采用单一溶剂，即为100%，或者采用两种溶剂，体积比为9:1等。
其中，钙钛矿的前驱体材料为碘化铅(PbI2)、溴化铅(PbBr2)、碘化铯(CsI)、溴化铯(CsBr)、FAI、MAI、MACl、MABr等按化学计量比配置，或者为前面材料制备的钙钛矿单晶。具体地，一些实施例可添加甲脒碘化物（FAI），形成优化的甲脒碘化铅（FAPbI3）基钙钛矿；一些实施例可添加甲基氯化铵（MACl）改善钙钛矿薄膜质量。
本发明实施例在钙钛矿溶液（也可称为钙钛矿前体溶液等）中加入N型/P型纳米导电粒子，N型纳米导电粒子为富勒烯(C60)、氧化锡(SnO2)、氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)的纳米粒子；P型纳米导电粒子为氧化镍(NiOx)、氧化亚铜(Cu2O)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)的纳米粒子。所述的N型或P型纳米导电粒子在钙钛矿溶液中与钙钛矿摩尔浓度的比例可为0.1~5%；所述的纳米导电粒子（上述导电物质的纳米粉体）粒径优选为1-30nm，采用市售产品即可。在本发明的实施例中，选用与基底传输层材料相同半导体特性的纳米粒子，如果基底为N型，则选择添加N型纳米导电粒子。
此外，为了便于区分，将上述的“钙钛矿溶液”记为第一钙钛矿溶液，后文涉及的包含钙钛矿材料和纳米导电粒子的混合溶液称为第二钙钛矿溶液。
本发明实施例将配制得到的第一钙钛矿溶液湿法成膜，例如采用常规的旋涂、喷涂等涂布方式形成湿膜；然后进行退火处理，退火温度为100-150℃，时间为10min-30min，形成晶界处具有通道的第一钙钛矿结晶层，其厚度为100nm-300nm，优选为120-280nm等。
本发明实施例退火处理的环境是敞开或带盖的加热台，或者恒温干燥箱。一般情况下，设定一定的温度，退火设备升温到设定值后，电池片放上去直接加热即可，升温速率没有特别限制；冷却方式为自然冷却。所述的湿膜退火处理的温度优选为105-140℃，时间优选为12-25min。在本发明实施例的退火过程中，钙钛矿材料晶体成核并生长，由于钙钛矿材料晶体的结晶特性，使N型或P型纳米导电粒子在晶界处富集，形成N型或P型电荷传输通道。
形成所述的第一钙钛矿结晶层后，本发明一些实施例在其通道表面进一步制备另一钙钛矿层，作用是防止电荷复合，即为阻隔层，其可与所述第一钙钛矿结晶层的钙钛矿材料相同，如采用PbI2、PbBr2、CsI或CsBr这些钙钛矿前驱体材料，但不添加纳米导电粒子。这种防止电荷复合的钙钛矿层可采用共蒸法制备，厚度为50nm-200nm；可根据需要进行退火处理，退火温度100-150℃，时间10-30min。
对于共蒸法，例如两个加热源，同时加热PbI2和MAI，通过控制加热温度来调控两者化学计量比。如果共蒸发过程中的沉积基板有加热，且温度合适，则不需再次退火，如果没有加热基板，则需额外退火处理。
或者，本发明一些实施例采用旋涂、蒸镀等方式，以BCP、PEAI、PDAI2等材料制备所述的阻隔层，厚度5-10nm。其中，BCP(空穴阻挡材料)化学名称为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲绕啉。有机卤化物盐苯乙基碘化铵（PEAI）和1,3-丙二铵碘化物（PDAI2），可用于混合钙钛矿薄膜表面缺陷钝化。这类阻隔层可防止电荷复合，并起到一定钝化缺陷的作用。
在上述的阻隔层上，本发明实施例采用另配的第二钙钛矿溶液，制备第二钙钛矿结晶层。所述的第二钙钛矿溶液中，溶质包括所述前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及N型纳米导电粒子或P型纳米导电粒子（如果第一钙钛矿溶液中纳米导电离子为N型，则第二钙钛矿溶液中选择添加P型纳米导电粒子）。即，此第二钙钛矿结晶层添加的纳米导电粒子与第一层不同，但同样可以采用共蒸法制备，其厚度小于第一钙钛矿结晶层，晶界处也具有通道。在本发明的具体实施例中，所述第二钙钛矿结晶层的厚度为100-300nm，之后可以进行退火，退火温度100-150℃，时间10-30min。
所述第二钙钛矿溶液中，N型纳米导电粒子为富勒烯、SnO2、TiO2或ZnO纳米粒子；所述P型纳米导电粒子为NiOx、Cu2O、CuI或CuSCN纳米粒子。所述的N型或P型纳米导电粒子与钙钛矿前驱体材料的质量配比可为0.5~5%；并且，钙钛矿的前驱体材料为PbI2、PbBr2、CsI、CsBr、FAI、MAI、MACl、MABr等按化学计量比配置，或者为前面材料制备的钙钛矿单晶。溶剂包括DMF、DMSO、DMPU、NMP、2-ME、ACN、GBL等的一种或几种的混合溶剂，体积比为0.5~100%。
本发明在第一钙钛矿结晶层通道处增加阻隔层，同时制备第二钙钛矿结晶层使钙钛矿层的厚度进一步增加，增强吸光度，可用于制备聚光钙钛矿太阳能电池，提升其器件效率。
相应地，本发明还提供了如前文所述的制备方法得到的钙钛矿材料层在制备聚光钙钛矿太阳能电池中的应用，即提供了一种聚光钙钛矿太阳能电池器件。
参见图1，图1为本发明实施例提供的电池器件的结构示意图。图1中，1为玻璃基底，2为透明电极，3为第一电荷传输层，4为第一钙钛矿结晶层（记为钙钛矿层①），5为第一晶界处传输通道（记为通道①），6为阻隔层，7为第二钙钛矿结晶层（记为钙钛矿层②），8为第二晶界处传输通道（记为通道②），9为第二电荷传输层，10为电极层。
本发明实施例由常规的玻璃基底1和透明电极2构成FTO导电玻璃，可以采用已有的方式，例如化学气相沉积法(APCVD)、磁控溅射法(PVD)等方法制备该FTO基底。所述的FTO基底为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃(SnO2:F)，简称为FTO。
本发明对所述的FTO基底的厚度、雾度等并无特殊限制，可以采用市售多种型号的FTO导电玻璃产品；并且，第一电荷传输层3可以为N型或P型，例如氧化镍层等。
在本发明的实施例中，前文所述制备方法得到的钙钛矿材料层为吸光层，即由第一钙钛矿结晶层4、第一晶界处传输通道5、阻隔层6、第二钙钛矿结晶层7、第二晶界处传输通道8构成钙钛矿吸光层。
其中，对应上述步骤S2所形成的传输通道5，与第一电荷传输层3的材质相同或者为同一类型传输材料。阻隔层6的主要作用是防止电荷复合，可以为钙钛矿材料（没有添加纳米粒子），厚度50-200nm，也可以为BCP、PEAI、PDAI2等，厚度5-10nm，其制备对应上述步骤S3。第二钙钛矿结晶层7的制备及其通道8的形成对应上述步骤S4，从而得到所述的钙钛矿材料层。
此外，第二电荷传输层9可以为N型或P型，与第一电荷传输层3相对；第二传输通道8与第二电荷传输层的材质相同或者为同一类型。所述的传输层和电极层的制备方法均为现有常规方法，例如喷涂法、旋涂法等涂布或者热蒸发等。其中，电子传输层的厚度可为20nm-100nm，优选为30-90nm，更优选为40-80nm；所述电子传输层的主体成分为C60、二氧化锡(SnO2)、二氧化钛(TiO2)。电极层8包括但不限于铜(Cu)、铝(Al)、金(Au)、银(Ag)电极；本申请并无特殊限制。
综上所述，本发明主要在一个比较长的传输距离上形成了载流子传输通道，提高了载流子提取效率，所应用的电池器件效率相比现有技术有所提高，利于应用。
为了更好理解本发明技术内容，下面提供具体实施例，对本发明做进一步的说明。其中，本发明实施例采用市售原料，纳米导电粒子的粒径为1-30nm。
实施例1
一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层及电池器件的制备方法，具体如下：
（1）配置钙钛矿前体溶液，按照MAPbI3化学计量比，MAI∶PbI2=1:1（摩尔比），钙钛矿浓度1mol/L，溶剂DMF；添加N型纳米导电粒子：SnO2纳米粒子，占钙钛矿摩尔比的0.1%。
（2）在FTO 导电基底上采用旋涂法制备SnO2电子传输层，SnO2前体溶液为市售SnO2胶体分散液，其配比为分散液：超纯水=1:3（体积比），厚度40nm。
（3）在步骤（2）制得的SnO2电子传输层上，采用刮涂法将步骤（1）制备得到的钙钛矿溶液制备成膜，然后退火处理，退火温度120℃，时间20min，形成厚度250nm的第一钙钛矿层，同时SnO2纳米粒子在晶界处富集形成N型通道。
（4）在步骤（3）制得的钙钛矿结晶层上采用共蒸法制备一层钙钛矿层作为阻隔层，厚度50nm，钙钛矿层中MAI∶PbI2=1:1，退火温度120℃，时间10min。
（5）在步骤（4）制得的钙钛矿阻隔层上进一步采用共蒸法制备第二钙钛矿层，厚度100nm，第二钙钛矿层中MAI∶FAI∶PbI2=0.2∶0.8：1（摩尔比），退火温度120℃，时间10min。
（6）在步骤（4）制得的第二钙钛矿层上采用旋涂法进一步制备Spiro-OMeTAD（2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴）空穴传输层，厚度100nm。
（7）最后在制得的空穴传输层上采用热蒸发的方法制备一层Au电极，厚度100nm。
对比例1
与实施例1制备方法相同，且同一批次材料制备，不同点在于：钙钛矿前体溶液中没有SnO2纳米粒子，且没有第二钙钛矿层，而其它各层材料和厚度均与实施例1相同。
对比例2
与实施例1制备方法相同，且同一批次材料制备，不同点在于，没有第二钙钛矿层，而其它各层材料和厚度均与实施例1相同。
实施例2
一种钙钛矿材料层的制备方法及电池器件，具体如下：
（1）配置钙钛矿前体溶液，采用钙钛矿Cs0.05FA0.70MA0.25PbI3，浓度1.2mol/L，溶剂DMF：DMSO=9：1（体积比）；添加P型纳米导电粒子：NiOx纳米粒子，占钙钛矿摩尔比的0.13%。
（2）在FTO 导电基底上用NiOx纳米粒子的纯水溶液，采用旋涂法制备空穴传输层，厚度50nm，120℃退火10min。
（3）在步骤（2）制得的空穴传输层上，采用刮涂法将步骤（1）得到的钙钛矿溶液制备成膜并退火处理，退火温度150℃，时间20min，形成厚度300nm的第一钙钛矿层，同时NiOx纳米粒子在晶界处富集形成P型通道；
（4）在步骤（3）制得的钙钛矿结晶层上，用PEAI（溶剂异丙醇，浓度20mM/L），采用旋涂法制备一层阻隔层，厚度10nm。
（5）在步骤（4）制得的阻隔层上采用共蒸法制备第二钙钛矿层，厚度150nm，第二钙钛矿层中MAI∶FAI∶PbI2=0.25∶0.75：1（摩尔比），退火温度120℃，时间15min。
（6）在步骤（4）制得的第二钙钛矿层上采用热蒸发的方法进一步制备C60电子传输层，厚度60nm。
（7）最后在制得的电子传输层上采用热蒸发的方法制备一层Ag电极，厚度150nm。
对比例3
与实施例2制备方法相同，且同一批次材料制备，不同点在于：钙钛矿前体溶液中没有NiOx纳米粒子，且没有第二钙钛矿层，而其它各层材料和厚度均与实施例2相同。
对比例4
与实施例2制备方法相同，且同一批次材料制备，不同点在于，没有第二钙钛矿层，而其它各层材料和厚度均与实施例2相同。
采用AAA级稳态太阳模拟器和I-V测试系统，对实施例1~2和对比例1~4制备的同一批次的电池片进行I-V特性测试，每组实施例和对比例均抽样测试4个样品，测试结果详见表1：
表1 电池片效率对比表
Figure 709393DEST_PATH_IMAGE001
由以上实施例和对比例I-V特性测试数据可以看出，添加纳米导电粒子，但无第二钙钛矿层的钙钛矿电池与没有添加纳米导电粒子且无第二钙钛矿层的钙钛矿电池相比，开路电压Voc和短路电流Isc都有一定提升，短路电流提升相对明显。在添加纳米导电粒子的基础上，进一步制备第二钙钛矿层，增加钙钛矿层厚度，短路电流和开路电压进一步提升，说明本发明方法中，在晶界处形成一个N型或P型的电荷传输通道，有利于提高电荷传输的提取和传输，开路电压也略有提升，进一步增加钙钛矿层的厚度，使得电池对在相同的光照下，短路电流会进一步增加，进而提高其应用的电池器件效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

Claims (7)

1.一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、由溶质、溶剂配置得到第一钙钛矿溶液，所述溶质包括前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及第一纳米导电粒子；所述前驱体材料包括PbI2、PbBr2、CsI或CsBr；
S2、将步骤S1得到的第一钙钛矿溶液湿法成膜，然后进行退火处理，退火温度为100-150℃，时间为10-30min，形成第一钙钛矿结晶层，其厚度为100-300nm，且晶界处具有通道；
S3、在步骤S2得到的第一钙钛矿结晶层的表面，形成用于防止电荷复合的阻隔层；
S4、在步骤S3形成的阻隔层上，采用第二钙钛矿溶液形成第二钙钛矿结晶层，其厚度小于第一钙钛矿结晶层，晶界处也具有通道，制备得到钙钛矿材料层；
所述第二钙钛矿溶液的溶质包括所述前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶，以及第二纳米导电粒子，所述第一纳米导电粒子和第二纳米导电粒子分别对应为不同类型的N型纳米导电粒子、P型纳米导电粒子；所述N型纳米导电粒子为富勒烯、SnO2、TiO2或ZnO纳米粒子；所述P型纳米导电粒子为NiOx、Cu2O、CuI或CuSCN纳米粒子；所述第一钙钛矿溶液和第二钙钛矿溶液中，前驱体材料均还包括添加剂FAI、MAI、MACl和MABr中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基丙烯基脲、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙二醇甲醚、乙腈和γ-丁内酯中的一种或几种。
3.根据权利要求1-2任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述湿法成膜通过狭缝涂布、刮涂、旋涂或喷涂的方式实现。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述阻隔层由钙钛矿前驱体材料通过共蒸法形成，厚度为50-200nm；所述钙钛矿前驱体材料包括PbI2、PbBr2、CsI或CsBr。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述阻隔层由BCP、PEAI或PDAI2材料形成，厚度为5-10nm。
6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤S4中，所述第二钙钛矿结晶层的厚度为100-300nm。
7.如权利要求1-6任一项所述的制备方法得到的钙钛矿材料层在制备聚光钙钛矿太阳能电池中的应用。
CN202111465638.9A 2021-12-03 2021-12-03 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用 Active CN113889574B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111465638.9A CN113889574B (zh) 2021-12-03 2021-12-03 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用
PCT/CN2022/099121 WO2023098023A1 (zh) 2021-12-03 2022-06-16 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111465638.9A CN113889574B (zh) 2021-12-03 2021-12-03 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113889574A CN113889574A (zh) 2022-01-04
CN113889574B true CN113889574B (zh) 2022-03-22

Family

ID=79016250

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111465638.9A Active CN113889574B (zh) 2021-12-03 2021-12-03 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN113889574B (zh)
WO (1) WO2023098023A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113871533B (zh) * 2021-12-02 2022-02-22 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件
CN113889574B (zh) * 2021-12-03 2022-03-22 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104300083A (zh) * 2014-09-29 2015-01-21 中国科学院广州能源研究所 一种制备有机-无机钙钛矿结构杂合物薄膜太阳电池的方法
KR101634620B1 (ko) * 2015-03-27 2016-06-30 재단법인대구경북과학기술원 기공을 포함하는 금속 산화물 광전극의 제조방법, 이에 따라 제조되는 금속 산화물 광전극 및 이를 포함하는 페로브스카이트 태양전지
KR101692985B1 (ko) * 2015-04-03 2017-01-05 한국과학기술연구원 무기 나노물질 기반 소수성 전하 수송체, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 유무기 복합 페로브스카이트 태양전지
JP2017059647A (ja) * 2015-09-15 2017-03-23 株式会社東芝 光電変換素子および太陽電池
US20170098514A1 (en) * 2015-10-05 2017-04-06 Ut-Battelle, Llc Hybrid perovskite films
WO2017083077A1 (en) * 2015-10-22 2017-05-18 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Solar cell comprising an oxide-nanoparticle buffer layer and method of fabrication
KR101739517B1 (ko) * 2015-11-20 2017-05-24 가천대학교 산학협력단 산화니켈 나노입자를 포함하는 박막의 제조방법 및 이를 이용한 태양전지
KR101782733B1 (ko) * 2016-06-03 2017-09-28 고려대학교 산학협력단 페로브스카이트 태양전지
CN106229413B (zh) * 2016-08-26 2019-01-11 中山大学 一种基于三并咔唑衍生物的空穴传输材料与聚合物协同作用的钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN106252518A (zh) * 2016-10-25 2016-12-21 天津市职业大学 一种低遮挡大面积钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN109065733A (zh) * 2018-08-08 2018-12-21 华南协同创新研究院 一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109524550A (zh) * 2018-11-20 2019-03-26 南京工业大学 一种具有阴阳离子协同效应的添加剂CuSCN在钙钛矿太阳能电池吸光层中的应用
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
CN110767814A (zh) * 2019-11-05 2020-02-07 海南大学 基于Fe3+掺杂黑磷量子点修饰的钙钛矿太阳能电池及其方法
CN112002813A (zh) * 2020-07-29 2020-11-27 隆基绿能科技股份有限公司 钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112002814A (zh) * 2020-07-29 2020-11-27 隆基绿能科技股份有限公司 基于固相反应的钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112086559A (zh) * 2020-08-24 2020-12-15 隆基绿能科技股份有限公司 一种钙钛矿电池及钙钛矿电池的制备方法
CN112151679B (zh) * 2020-09-29 2022-12-09 西北工业大学 一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112582545B (zh) * 2020-12-14 2022-11-08 华能新能源股份有限公司 一种叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112242491B (zh) * 2020-12-18 2021-03-09 河南工学院 一种无电子输运层钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112687810A (zh) * 2021-03-12 2021-04-20 河南师范大学 一种异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN113889574B (zh) * 2021-12-03 2022-03-22 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
WO2023098023A1 (zh) 2023-06-08
CN113889574A (zh) 2022-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7032933B2 (ja) ペロブスカイト材料を堆積させる方法
TWI631721B (zh) 高效率堆疊太陽電池
CN113889574B (zh) 一种聚光钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料层的制备方法及应用
CN113871533B (zh) 一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件
CN106025085A (zh) 基于Spiro-OMeTAD/CuXS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN114792704B (zh) 一种钙钛矿／硅异质结叠层太阳能电池及其制备方法
Elsenety et al. Boosting perovskite nanomorphology and charge transport properties via a functional D–π-A organic layer at the absorber/hole transporter interface
CN115084384A (zh) 一种具有阻挡插层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110164998A (zh) 一种全无机钙钛矿层及其制备方法和应用
GB2566293A (en) Multi-junction photovoltaic device
CN113097388B (zh) 一种基于复合电子传输层的钙钛矿电池及其制备方法
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
CN111601787A (zh) 钙钛矿化合物和使用该钙钛矿化合物的光转换元件
CN111029466A (zh) 一种无载流子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN114388696B (zh) 一种光吸收材料、其制备方法及光伏电池
CN114560500B (zh) 一种非铅钙钛矿材料及其制备方法和应用
CN115568263A (zh) 一种太阳电池中钙钛矿活性层的制备方法
WO2022009636A1 (ja) 太陽電池および光電変換素子
CN110854271B (zh) 一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN116918481A (zh) 钙钛矿电池、其制备方法、以及包含其的光伏组件
CN111477750A (zh) 含荧光材料的背电极和钙钛矿太阳能电池及其制备方法
US11626258B2 (en) Solar cell
CN218101302U (zh) 钙钛矿太阳能电池的双层铋金属电极及钙钛矿太阳能电池
Xu et al. A hot phonon bottleneck observed upon incorporation of SnF2 to MASnI3 films and its possible role in increasing photocarrier diffusion length
CN117529197A (zh) 一种钙钛矿钝化层的制备方法及太阳能电池

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