CN114141953A - 一种钙钛矿前驱溶液及其制备方法和钙钛矿太阳能电池 - Google Patents
一种钙钛矿前驱溶液及其制备方法和钙钛矿太阳能电池 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114141953A CN114141953A CN202111433666.2A CN202111433666A CN114141953A CN 114141953 A CN114141953 A CN 114141953A CN 202111433666 A CN202111433666 A CN 202111433666A CN 114141953 A CN114141953 A CN 114141953A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- perovskite
- precursor solution
- solar cell
- transport layer
- ionic liquid
- 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.)
- Pending
Links
- 239000002243 precursor Substances 0.000 title claims abstract description 78
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 29
- -1 dimethylamine cation Chemical class 0.000 claims abstract description 66
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 claims abstract description 52
- ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N protonated dimethyl amine Natural products CNC ROSDSFDQCJNGOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 36
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims abstract description 17
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims abstract description 11
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical class [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 26
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 17
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 14
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 11
- JTDNNCYXCFHBGG-UHFFFAOYSA-L tin(ii) iodide Chemical compound I[Sn]I JTDNNCYXCFHBGG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- ZSUXOVNWDZTCFN-UHFFFAOYSA-L tin(ii) bromide Chemical compound Br[Sn]Br ZSUXOVNWDZTCFN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 5
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N hydrogen thiocyanate Natural products SC#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229940108184 stannous iodide Drugs 0.000 claims description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 5
- ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M Thiocyanate anion Chemical compound [S-]C#N ZMZDMBWJUHKJPS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 4
- TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N (1,10,13-trimethyl-3-oxo-4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl) heptanoate Chemical compound C1CC2CC(=O)C=C(C)C2(C)C2C1C1CCC(OC(=O)CCCCCC)C1(C)CC2 TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- XZXYQEHISUMZAT-UHFFFAOYSA-N 2-[(2-hydroxy-5-methylphenyl)methyl]-4-methylphenol Chemical compound CC1=CC=C(O)C(CC=2C(=CC=C(C)C=2)O)=C1 XZXYQEHISUMZAT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N ammonium bromide Chemical compound [NH4+].[Br-] SWLVFNYSXGMGBS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- 229940107816 ammonium iodide Drugs 0.000 claims description 3
- 229940006460 bromide ion Drugs 0.000 claims description 3
- QWVSXPISPLPZQU-UHFFFAOYSA-N bromomethanamine Chemical compound NCBr QWVSXPISPLPZQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- ZOAIGCHJWKDIPJ-UHFFFAOYSA-M caesium acetate Chemical compound [Cs+].CC([O-])=O ZOAIGCHJWKDIPJ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M caesium chloride Chemical compound [Cl-].[Cs+] AIYUHDOJVYHVIT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M caesium iodide Chemical compound [I-].[Cs+] XQPRBTXUXXVTKB-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- YPNWGLNCDBBKNX-UHFFFAOYSA-N carbamimidoyl bromide Chemical compound NC(Br)=N YPNWGLNCDBBKNX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RYTLGWCJESCDMY-UHFFFAOYSA-N carbamimidoyl chloride Chemical compound NC(Cl)=N RYTLGWCJESCDMY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- VOWZMDUIGSNERP-UHFFFAOYSA-N carbamimidoyl iodide Chemical compound NC(I)=N VOWZMDUIGSNERP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- RAJISUUPOAJLEQ-UHFFFAOYSA-N chloromethanamine Chemical compound NCCl RAJISUUPOAJLEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 3
- PNOXNTGLSKTMQO-UHFFFAOYSA-L diacetyloxytin Chemical compound CC(=O)O[Sn]OC(C)=O PNOXNTGLSKTMQO-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L dibromolead Chemical compound Br[Pb]Br ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 claims description 3
- 229940006461 iodide ion Drugs 0.000 claims description 3
- JAHFQMBRFYOPNR-UHFFFAOYSA-N iodomethanamine Chemical compound NCI JAHFQMBRFYOPNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229940046892 lead acetate Drugs 0.000 claims description 3
- VRNINGUKUJWZTH-UHFFFAOYSA-L lead(2+);dithiocyanate Chemical compound [Pb+2].[S-]C#N.[S-]C#N VRNINGUKUJWZTH-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L lead(II) chloride Chemical compound Cl[Pb]Cl HWSZZLVAJGOAAY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 3
- 239000001119 stannous chloride Substances 0.000 claims description 3
- 235000011150 stannous chloride Nutrition 0.000 claims description 3
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M Acetate Chemical compound CC([O-])=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M Formate Chemical compound [O-]C=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M cyanate Chemical compound [O-]C#N XLJMAIOERFSOGZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M iodide Chemical compound [I-] XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 2
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 31
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical group CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 23
- 239000010408 film Substances 0.000 description 22
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 7
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- QHNXEVRKFKHMRL-UHFFFAOYSA-N dimethylazanium;acetate Chemical compound CNC.CC(O)=O QHNXEVRKFKHMRL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N Trifluoroacetic acid Chemical compound OC(=O)C(F)(F)F DTQVDTLACAAQTR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 description 2
- WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N benzoic acid Chemical compound OC(=O)C1=CC=CC=C1 WPYMKLBDIGXBTP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 2
- BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 3-azaniumyl-2-hydroxypropanoate Chemical compound NCC(O)C(O)=O BMYNFMYTOJXKLE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 5-phenyl-2h-tetrazole Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=NNN=N1 MARUHZGHZWCEQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005711 Benzoic acid Substances 0.000 description 1
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O Methylammonium ion Chemical compound [NH3+]C BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-O 0.000 description 1
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZCHPKWUIAASXPV-UHFFFAOYSA-N acetic acid;methanol Chemical compound OC.CC(O)=O ZCHPKWUIAASXPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010233 benzoic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 125000003739 carbamimidoyl group Chemical group C(N)(=N)* 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 125000002147 dimethylamino group Chemical group [H]C([H])([H])N(*)C([H])([H])[H] 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 1
- 229940071870 hydroiodic acid Drugs 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L lead(ii) iodide Chemical compound I[Pb]I RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- OYEVFSJZQTUDDN-UHFFFAOYSA-N methanol;n-methylmethanamine Chemical compound OC.CNC OYEVFSJZQTUDDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- JMXLWMIFDJCGBV-UHFFFAOYSA-N n-methylmethanamine;hydroiodide Chemical compound [I-].C[NH2+]C JMXLWMIFDJCGBV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000002390 rotary evaporation Methods 0.000 description 1
- PNGLEYLFMHGIQO-UHFFFAOYSA-M sodium;3-(n-ethyl-3-methoxyanilino)-2-hydroxypropane-1-sulfonate;dihydrate Chemical compound O.O.[Na+].[O-]S(=O)(=O)CC(O)CN(CC)C1=CC=CC(OC)=C1 PNGLEYLFMHGIQO-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001988 toxicity Effects 0.000 description 1
- 231100000419 toxicity Toxicity 0.000 description 1
- ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N triflic acid Chemical compound OS(=O)(=O)C(F)(F)F ITMCEJHCFYSIIV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- 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
- H10K71/15—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating characterised by the solvent used
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液及其制备方法、以及钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿前驱溶液包括：作为溶剂的离子液体，离子液体的阳离子为二甲胺阳离子；以及均匀分散于溶剂中的二价铅盐和/或二价锡盐以及一价阳离子盐。该钙钛矿太阳能电池包括利用前述钙钛矿前驱溶液制备而成的钙钛矿吸光层。该前驱溶液可简单、快速地制备，适用于多种薄膜制备方法获得钙钛矿薄膜，且在薄膜制备过程中不受环境影响，还适用于不同种类和大面积钙钛矿薄膜的制备，可满足多场景制备均匀、厚度可控的钙钛矿薄膜。采用该钙钛矿前驱溶液制备钙钛矿吸光层的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性明显提升。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，特别是一种包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液及其制备方法、以及钙钛矿太阳能电池。
背景技术
钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells，简称PSCs)是一类新型薄膜太阳能电池，其目前电池效率已经超过25％，接近现有的商品化太阳能电池(如晶硅、铜铟镓硒、碲化镉太阳能电池等)，并且钙钛矿太阳能电池的稳定性也在逐步提升。如何实现钙钛矿太阳能电池的实际应用已经摆在广大科技工作者面前。对于PSCs电池，合适的前驱溶液是实现高质量钙钛矿吸光层的关键，也决定能否实现钙钛矿薄膜的大面积制备。
一般来讲，钙钛矿薄膜可以采用旋涂法或涂布法制备。小面积电池一般采用旋涂法，而大面积电池则采用涂布法。不同的薄膜制备方法对钙钛矿前驱溶液也有不同的要求，其中溶剂的影响不容忽视。目前使用最广泛的溶剂是DMF(N,N’-Dimethylformamide，N,N’-二甲基甲酰胺)/DMSO(Dimethylsulfoxide，二甲亚砜)混合溶剂。但是，DMF/DMSO溶剂在使用过程中仍然有一定毒性，特别是采用涂布法制备大面积薄膜时成膜性较差。因此，开发性能更优异、更环保的溶剂及钙钛矿前驱溶液成为本领域亟待解决的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液及其制备方法、以及钙钛矿太阳能电池。
本发明的一个目的在于提供一种更环保、性能更优异、满足多场景制备的包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液。
本发明的另一个目的在于提供一种采用前述钙钛矿前驱溶液制备吸光层的高转换效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池。
根据本发明实施例的一方面，提供了一种包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液，包括：
作为溶剂的离子液体，所述离子液体的阳离子为二甲胺阳离子；以及
均匀分散于所述溶剂中的二价铅盐和/或二价锡盐以及一价阳离子盐。
可选地，所述离子液体的阴离子包括甲酸根离子、乙酸根离子、三氟乙酸根离子、苯甲酸根离子、三氟甲磺酸根离子、六氟磷酸根离子、碘离子和溴离子中的一种或多种。
可选地，所述钙钛矿的化学通式为ABX3，其中
A为一价阳离子，包括CH3NH3 +、NH2CH＝NH2 +和Cs+中的一种或多种；
B为Pb2+和/或Sn2+；
X包括卤素离子和拟卤素离子中的一种或多种，所述卤素离子包括碘离子、溴离子和氯离子，所述拟卤素离子包括氰酸根离子和硫氰酸根离子。
可选地，所述二价铅盐包括碘化铅、乙酸铅、硫氰酸铅、溴化铅、氯化铅和二甲基胺碘化铅中的一种或多种；
所述二价锡盐包括碘化亚锡、乙酸亚锡、硫氰酸亚锡、溴化亚锡、氯化亚锡和二甲基胺碘化亚锡中的一种或多种。
可选地，所述一价阳离子盐包括碘化铯、溴化铯、氯化铯、乙酸铯、碘化铵、溴化铵、氯化铵、碘甲胺、溴甲胺、氯甲胺、碘甲脒、溴甲脒和氯甲脒中的一种或多种。
可选地，所述钙钛矿前驱溶液的浓度在0.01M至3M范围内。
根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种用于前述的钙钛矿前驱溶液的制备方法，包括：
将二甲胺溶液与酸溶液等摩尔混合，常温下搅拌得到基于二甲胺阳离子的离子液体；
以所述离子液体作为溶剂，向所述溶剂中加入二价铅盐和/或二价锡盐以及一价阳离子盐，搅拌得到所述钙钛矿前驱溶液。
根据本发明实施例的又一方面，还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层是利用前述的钙钛矿前驱溶液制备而成。
可选地，所述钙钛矿吸光层通过旋涂或涂布方式制备，所述涂布方式包括刮涂、狭缝涂布、喷涂、喷墨打印或丝网印刷；
所述钙钛矿吸光层的厚度为100-1000nm。
可选地，所述钙钛矿太阳能电池包括自下而上设置的透明衬底、导电层、底部电荷传输层、所述钙钛矿吸光层、顶部电荷传输层和对电极；并且
所述钙钛矿太阳能电池包括正结钙钛矿太阳能电池和反结钙钛矿太阳能电池；
在所述正结钙钛矿太阳能电池中，所述底部电荷传输层为电子传输层，所述顶部电荷传输层为空穴传输层，所述对电极为金或碳电极；
在所述反结钙钛矿太阳能电池中，所述底部电荷传输层为空穴传输层，所述顶部电荷传输层为电子传输层，所述对电极为银或铜电极。
本发明的钙钛矿前驱溶液以基于二甲胺阳离子的系列离子液体作为溶剂，更环保，且性能更优异。该前驱溶液可简单、快速地制备，适用于多种薄膜制备方法获得钙钛矿薄膜，且在薄膜制备过程中不受环境影响，还适用于不同种类(如有机/无机杂化钙钛矿或全无机钙钛矿)和大面积钙钛矿薄膜的制备，可满足多场景制备均匀、厚度可控的钙钛矿薄膜。
进一步地，基于二甲胺阳离子的系列离子液体的制备工艺简单，无需加热处理，可实现大规模生产，这将能够极大地推动PSCs薄膜太阳能电池的实用化进程。
更进一步地，采用本发明的钙钛矿前驱溶液制备钙钛矿吸光层的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率和稳定性明显提升，且其制备工艺简单、成本低，适合大规模应用。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。在附图中：
图1示出了根据本发明一实施例的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2示出了根据本发明一实施例的利用以基于二甲胺阳离子的离子液体为溶剂的钙钛矿前驱溶液制备的CsPbI3钙钛矿薄膜的SEM正面形貌图；
图3为根据本发明一实施例的钙钛矿太阳能电池的SEM截面图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
近年来，如何实现钙钛矿太阳能电池的实际应用已经成为亟待解决的问题。对于钙钛矿太阳能电池，合适的前驱溶液是实现高质量钙钛矿吸光层的关键，也决定能否实现作为吸光层的钙钛矿薄膜的大面积制备。目前广泛使用的DMF/DMSO混合溶剂在环保和大面积薄膜制备方面性能较差，无法满足应用需求。特别地，发明人通过对现有的钙钛矿薄膜及钙钛矿太阳能电池制备技术的深入研究，发现基于DMF/DMSO混合溶剂的钙钛矿前驱溶液无法适应钙钛矿薄膜多场景制备的需求，特别是在高湿度环境下钙钛矿薄膜不稳定、难以实现刮涂法制备高质量大面积薄膜的需要。这主要是因为采用DMF/DMSO前驱溶液所制备的钙钛矿薄膜，在高湿度环境下易相变、且形成的钙钛矿晶界多、缺陷多，导致电池效率和稳定性变差。
适用于钙钛矿前驱溶液的溶剂需要兼顾溶解性、粘度、挥发性、沸点、成本等多种因素。离子液体是一类环境友好的绿色溶剂，具有无色无嗅、不挥发、低蒸气压等优点。发明人发现，将离子液体替代常规的有机溶剂用于制备钙钛矿前驱溶液，不仅能有效降低因溶剂挥发造成的环境污染，而且不同的阴阳离子种类和结构对钙钛矿前驱膜及最终钙钛矿薄膜的结晶、形貌等将产生极大影响，进而影响PSCs电池的转换效率，例如，以离子液体作为溶剂制备的PSCs电池的最高转换效率可超过24％，这表明以离子液体作为前驱溶液的溶剂在发展高效电池器件方面是非常有潜力的。然而，目前发现的适用于PSCs电池的离子液体十分有限，需要系统研究与开发。
鉴于以上问题，本发明实施例提供了一种包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液。该钙钛矿前驱溶液包括：作为溶剂的离子液体，离子液体的阳离子为二甲胺阳离子；以及均匀分散于溶剂中的二价铅盐和/或二价锡盐、和一价阳离子盐。
本发明的钙钛矿前驱溶液以基于二甲胺阳离子的系列离子液体作为溶剂，更环保，且性能更优异。
上述基于二甲胺阳离子的离子液体的化学通式可表示为DMA+-Y-，其中，DMA+表示二甲胺阳离子，Y-表示离子液体的阴离子，可以包括但不限于HCCO-(甲酸根离子)、CH3COO-(乙酸根离子)、CF3COO-(三氟乙酸根离子)、C6H5COO-(苯甲酸根离子)、CF3SO3 -(三氟甲磺酸根离子)、PF6 -(六氟磷酸根离子)、I-(碘离子)、Br-(溴离子)等中的一种或多种。
相应地，本发明实施例还提供了一种用于上述钙钛矿前驱溶液的制备方法。该制备方法包括以下步骤：
首先，将二甲胺溶液与酸溶液等摩尔混合，常温下搅拌得到基于二甲胺阳离子的离子液体。
本步骤中所采用的酸可根据所需的离子液体的阴离子的种类进行选择，例如甲酸、乙酸、三氟乙酸、苯甲酸、三氟甲磺酸、六氟磷酸、氢碘酸、氢溴酸等。在充分搅拌后，还可以去除二甲胺溶液和酸溶液中原本存在的溶剂，并进一步真空干燥以得到纯的离子液体。
然后，以所制得的离子液体作为溶剂，向溶剂中加入二价铅盐和/或二价锡盐以及一价阳离子盐，搅拌得到钙钛矿前驱溶液。钙钛矿前驱溶液通常是均匀透明的。二价铅盐和/或二价锡盐与一价阳离子盐的摩尔比约等于1:1(即等摩尔)。
下面以乙酸二甲胺离子液体为例对基于二甲胺阳离子的离子液体的制备过程加以说明。在常温搅拌下，将0.1M的乙酸甲醇溶液滴加至0.1M二甲胺甲醇溶液中，继续搅拌2小时，通过旋蒸去除甲醇，再经过真空干燥得到乙酸二甲胺离子液体。
本发明的基于二甲胺阳离子的系列离子液体的制备工艺简单，无需加热处理，可实现大规模生产，这将能够极大地推动PSCs薄膜太阳能电池的实用化进程。
下面对本发明的钙钛矿前驱溶液的组成进行进一步的说明。
本发明的钙钛矿前驱溶液可用于制备钙钛矿薄膜作为钙钛矿太阳能电池的吸光层。该钙钛矿的化学通式可表示为ABX3。在该化学通式中，A表示一价阳离子，可包括但不限于CH3NH3 +(甲基铵，简称为MA+)、NH2CH＝NH2 +(甲脒基，简称为FA+)和Cs+中的一种或多种。B表示二价阳离子，具体为Pb2+和/或Sn2+。X表示一价阴离子，可包括但不限于卤素离子和拟卤素离子中的一种或多种。卤素离子可包括碘离子、溴离子和氯离子。拟卤素离子可包括氰酸根离子(CN-)和硫氰酸根离子(SCN-)。
在一些实施例中，二价铅盐可以包括但不限于碘化铅(PbI2)、乙酸铅(Pb(Ac)2)、硫氰酸铅(Pb(Ac)2)、溴化铅(PbBr2)、氯化铅(PbCl2)和二甲基胺碘化铅(DMAPbI3)中的一种或任意多种的组合。
类似地，二价锡盐可以包括但不限于碘化亚锡、乙酸亚锡、硫氰酸亚锡、溴化亚锡、氯化亚锡和二甲基胺碘化亚锡中的一种或任意多种的组合。
在一些实施例中，一价阳离子盐可以包括但不限于碘化铯、溴化铯、氯化铯、乙酸铯、碘化铵、溴化铵、氯化铵、碘甲胺、溴甲胺、氯甲胺、碘甲脒、溴甲脒和氯甲脒中的一种或任意多种的组合。
在一些实施例中，本发明的钙钛矿前驱溶液的浓度可以为0.01M至3M范围内的任意数值，例如0.1M、0.25M、0.5M、1M、1.5M、2M、2.5M等。通过选择恰当的钙钛矿前驱溶液的浓度，使其更便于涂抹加工，以适于多场景制备不同厚度的钙钛矿薄膜。本领域技术人员应可理解，钙钛矿前驱溶液的浓度一般主要是以其二价阳离子的浓度为参考的。
进一步地，本发明的钙钛矿前驱溶液可通过旋涂或涂布方式制备钙钛矿薄膜。涂布方式可包括但不限于刮涂、狭缝涂布、喷涂、喷墨打印或丝网印刷等。
本发明的钙钛矿前驱溶液以基于二甲胺阳离子的系列离子液体作为溶剂，可简单、快速地制备，适用于多种薄膜制备方法获得钙钛矿薄膜；由于离子液体的特性，在薄膜制备过程中不受环境影响，可以在手套箱或空气中实现；适用于不同种类(如有机/无机杂化钙钛矿或全无机钙钛矿)和大面积钙钛矿薄膜的制备，可满足多场景制备均匀、厚度可控的钙钛矿薄膜。
基于同一技术构思，本发明实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池，其包括利用前述任意实施例的钙钛矿前驱溶液制备而成的钙钛矿吸光层。
图1示出了根据本发明一实施例的钙钛矿太阳能电池100的结构示意图。参见图1所示，在一个实施例中，钙钛矿太阳能电池100可以包括自下而上设置(如堆叠)的透明衬底101、导电层102、底部电荷传输层103、钙钛矿吸光层104、顶部电荷传输层105和对电极106。需要说明的是，此处的“下”和“上”是相对于图1所示的方向而言。
进一步地，钙钛矿太阳能电池100可以包括正结钙钛矿太阳能电池和反结钙钛矿太阳能电池。本文中的正结指太阳光从电子传输层侧入射的结构，反结指太阳光从空穴传输层侧入射的结构。如此，在正结钙钛矿太阳能电池中，底部电荷传输层103为电子传输层，顶部电荷传输层105则为空穴传输层。相反，在反结钙钛矿太阳能电池中，底部电荷传输层103为空穴传输层，而顶部电荷传输层105则为电子传输层。
下面对钙钛矿太阳能电池100的各结构层进行具体的说明。
透明衬底101可采用透明绝缘衬底，如玻璃衬底。导电层102可以是FTO(Fluorine-doped Tin Oxide，氟掺杂氧化锡)或ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)层。透明衬底101与导电层102组合成透明导电基底(或可称为导电玻璃)。
底部电荷传输层103也可以称为底部载流子传输层。对于正结钙钛矿太阳能电池，底部电荷传输层103为电子传输层，其材料可包括平面结构TiO2或SnO2、致密TiO2+介孔TiO2、或致密TiO2+介孔Al2O3等。此电子传输层可通过常规薄膜制备方法制备。以TiO2为例，将异丙醇钛/正丁醇溶液以3000rpm转速旋涂在导电玻璃上，旋涂20s，再经过500℃烧结后，得到约20nm厚的TiO2电子传输层(TiO2致密层)。对于反结钙钛矿太阳能电池，底部电荷传输层103为空穴传输层，其材料可包括PEDOT(聚(3,4-乙烯二氧噻吩))或PTAA(聚三芳基胺)。
钙钛矿吸光层104是基于前述的钙钛矿前驱溶液通过旋涂法或涂布法获得，其化学通式为ABX3，如前文所介绍。钙钛矿吸光层104的厚度可以为100-1000nm间的任意数值，例如100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1000nm等。这里以铅基钙钛矿为例说明钙钛矿吸光层104的制备过程。
在制备钙钛矿前驱溶液时，将等摩尔的铅盐和一价阳离子盐溶解在上述离子液体中，搅拌3小时，得到透明均匀溶液。前驱溶液浓度为0.01-3M。这里所用的铅盐和一价阳离子盐可如前文所述，不再重复。下面分别以(Cs,FA)PbI3和CsPbI3前驱溶液为例加以说明。
(Cs,FA)PbI3前驱溶液的制备：将PbI2 1.47M、FAI 1.41M、PbBr2 0.09M、MABr0.09M、MACl 0.5M溶于基于二甲胺阳离子的离子液体中，常温搅拌3小时。
CsPbI3前驱溶液的制备：将CsI 0.35M、DMAPbI3 0.11M、PbI2 0.25M溶于基于二甲胺阳离子的离子液体中，90℃下搅拌4小时。
钙钛矿吸光层104可通过一步旋涂反溶剂法或一步旋涂法获得。在一步旋涂反溶剂法中，低速转速为1000rpm，时间为10s，高速转速为5000rpm，时间为30s，在高速旋涂到15s时快速滴涂120μL氯苯，得到初步结晶的钙钛矿薄膜(即钙钛矿前驱膜)。在一步旋涂法中，低速转速为1000rpm，时间为10s，高速转速为4000rpm，时间为30s，得到钙钛矿前驱膜。将得到的钙钛矿前驱膜置于150-200℃加热台上加热10min，最终得到钙钛矿吸光层104薄膜。具体地，在使用(Cs,FA)PbI3前驱溶液的情况下，得到有机/无机杂化钙钛矿吸光材料(Cs,FA)PbI3薄膜，在使用CsPbI3前驱溶液的情况下，得到全无机钙钛矿吸光材料CsPbI3薄膜。
顶部电荷传输层105也可以称为顶部载流子传输层。对于正结钙钛矿太阳能电池，顶部电荷传输层105为空穴传输层，其材料可包括spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)。具体地，可通过旋涂方法在钙钛矿吸光层上沉积一层spiro-OMeTAD作为空穴传输层。最后，可采用蒸镀方法在顶部电荷传输层105上沉积一层Au电极或碳电极作为对电极106，从而制备完整的正结钙钛矿太阳能电池，其结构从下至上例如为玻璃/FTO/TiO2/钙钛矿吸光层/spiro-OMeTAD/Au或碳。
对于反结钙钛矿太阳能电池，顶部电荷传输层105为电子传输层，其材料可包括PCBM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)。具体地，可通过旋涂方法在钙钛矿吸光层上沉积一层PCBM作为电子传输层。最后，可采用蒸镀方法在顶部电荷传输层105上沉积一层Ag或Cu电极作为对电极106，从而制备完整的反结钙钛矿太阳能电池。
下面通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与效果。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
以乙酸二甲胺离子液体做溶剂，配制(Cs,FA)PbI3前驱溶液，浓度为0.7M，搅拌3小时。先在FTO导电玻璃上沉积一层TiO2致密层。接着在手套箱里，在TiO2致密层上采用旋涂法制备(Cs,FA)PbI3前驱膜，再在150℃热台加热10分钟，得到钙钛矿吸光层。然后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层200nm厚的spiro-OMeTAD层。最后，真空蒸镀沉积80nm厚的Au电极，得到正结钙钛矿太阳能电池。
图3示出了本实施例制备的具有有机/无机杂化钙钛矿(Cs,FA)PbI3吸光层的钙钛矿太阳能电池的SEM截面图。
实施例2
实施例2除了采用热压法制备约10nm厚的碳电极以替换Au电极，其他步骤与实施例1相同。
实施例3
实施例3除了采用CsPbI3前驱溶液替换(Cs,FA)PbI3前驱溶液，其他步骤与实施例1相同。
图2示出了本实施例中制备的全无机CsPbI3钙钛矿薄膜的SEM正面形貌图。
实施例4
实施例4除了采用热压法制备约10nm厚的碳电极以替换Au电极，其他步骤与实施例3相同。
实施例5
以乙酸二甲胺离子液体做溶剂，配制(Cs,FA)PbI3前驱溶液，浓度为0.7M，搅拌3小时。先在ITO导电玻璃上通过旋涂法沉积20nm厚的PEDOT层作为空穴传输层。接着在手套箱里，在PEDOT层上采用旋涂法制备(Cs,FA)PbI3前驱膜，再在150℃热台加热10分钟，得到钙钛矿吸光层。然后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层20nm厚的PCBM层。最后，真空蒸镀沉积100nm厚的Ag电极，得到反结钙钛矿太阳能电池。
实施例6
实施例6除了采用CsPbI3前驱溶液替换(Cs,FA)PbI3前驱溶液，其他步骤与实施例5相同。
实施例7
实施例7除了采用刮涂法在空气中沉积(Cs,FA)PbI3层，其他步骤与实施例1相同。
实施例8
实施例8除了采用刮涂法在空气中沉积(Cs,FA)PbI3层，其他步骤与实施例2相同。
实施例9
实施例9除了采用刮涂法在空气中沉积CsPbI3层，其他步骤与实施例3相同。
实施例10
实施例10除了采用刮涂法在空气中沉积CsPbI3层，其他步骤与实施例4相同。
实施例11
实施例11除了采用刮涂法在空气中沉积(Cs,FA)PbI3层，其他步骤与实施例5相同。
实施例12
实施例12除了采用刮涂法在空气中沉积CsPbI3层，其他步骤与实施例6相同。
对比例1
对比例1除了采用DMF/DMSO作溶剂，其他步骤与实施例1相同。
对比例2
对比例2除了采用DMF/DMSO作溶剂，其他步骤与实施例3相同。
对比例3
对比例3除了采用DMF/DMSO作溶剂，其他步骤与实施例7相同。
对比例4
对比例4除了采用DMF/DMSO作溶剂，其他步骤与实施例9相同。
对比例5
对比例5除了采用DMF/DMSO作溶剂，其他步骤与实施例11相同。
下表1中列出了上述各实施例和对比例所制备的钙钛矿太阳能电池的性能检测数据。
从表1可以看出，基于本发明的钙钛矿前驱溶液制备的钙钛矿太阳能电池表现出较高的光电转化效率和优异的电池稳定性。从表1对比结果看出，相比于传统的DMF/DMSO溶剂体系，本发明中基于二甲胺阳离子的离子液体体系适用于多种电池结构，且适用于多场景制备钙钛矿薄膜及电池器件，从而保证了优异的电池性能。同时，本发明制备工艺简单、成本低廉，完全可以满足商业化要求。
特别地，本发明提供的基于二甲胺阳离子离子液体的钙钛矿前驱溶液，可在手套箱及大气环境下制备钙钛矿薄膜，特别是能够在高湿度环境下获得高质量钙钛矿薄膜，进而制备高转换效率、高稳定性的钙钛矿太阳能电池。这是因为，本发明所涉及的二甲胺基离子液体的钙钛矿前驱溶液中离子液体的阴离子与二价阳离子(具体为Pb2+和/或Sn2+)有一定相互作用，二者相互作用对钙钛矿晶体生长过程起到调控作用，有助于晶粒尺寸变大、减少晶界、降低缺陷等，最终有利于提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。
在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
Claims (10)
1.一种包括基于二甲胺阳离子的离子液体的钙钛矿前驱溶液，包括：
作为溶剂的离子液体，所述离子液体的阳离子为二甲胺阳离子；以及
均匀分散于所述溶剂中的二价铅盐和/或二价锡盐以及一价阳离子盐。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱溶液，其特征在于，所述离子液体的阴离子包括甲酸根离子、乙酸根离子、三氟乙酸根离子、苯甲酸根离子、三氟甲磺酸根离子、六氟磷酸根离子、碘离子和溴离子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱溶液，其特征在于，所述钙钛矿的化学通式为ABX3，其中
A为一价阳离子，包括CH3NH3 +、NH2CH＝NH2 +和Cs+中的一种或多种；
B为Pb2+和/或Sn2+；
X包括卤素离子和拟卤素离子中的一种或多种，所述卤素离子包括碘离子、溴离子和氯离子，所述拟卤素离子包括氰酸根离子和硫氰酸根离子。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿前驱溶液，其特征在于，所述二价铅盐包括碘化铅、乙酸铅、硫氰酸铅、溴化铅、氯化铅和二甲基胺碘化铅中的一种或多种；
所述二价锡盐包括碘化亚锡、乙酸亚锡、硫氰酸亚锡、溴化亚锡、氯化亚锡和二甲基胺碘化亚锡中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的钙钛矿前驱溶液，其特征在于，所述一价阳离子盐包括碘化铯、溴化铯、氯化铯、乙酸铯、碘化铵、溴化铵、氯化铵、碘甲胺、溴甲胺、氯甲胺、碘甲脒、溴甲脒和氯甲脒中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱溶液的浓度在0.01M至3M范围内。
7.一种用于根据权利要求1-6中任一项所述的钙钛矿前驱溶液的制备方法，包括：
将二甲胺溶液与酸溶液等摩尔混合，常温下搅拌得到基于二甲胺阳离子的离子液体；
以所述离子液体作为溶剂，向所述溶剂中加入二价铅盐和/或二价锡盐以及一价阳离子盐，搅拌得到所述钙钛矿前驱溶液。
8.一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，其特征在于，所述钙钛矿吸光层是利用根据权利要求1-6中任一项所述的钙钛矿前驱溶液制备而成。
9.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层通过旋涂或涂布方式制备，所述涂布方式包括刮涂、狭缝涂布、喷涂、喷墨打印或丝网印刷；
所述钙钛矿吸光层的厚度为100-1000nm。
10.根据权利要求8所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括自下而上设置的透明衬底、导电层、底部电荷传输层、所述钙钛矿吸光层、顶部电荷传输层和对电极；并且
所述钙钛矿太阳能电池包括正结钙钛矿太阳能电池和反结钙钛矿太阳能电池；
在所述正结钙钛矿太阳能电池中，所述底部电荷传输层为电子传输层，所述顶部电荷传输层为空穴传输层，所述对电极为金或碳电极；
在所述反结钙钛矿太阳能电池中，所述底部电荷传输层为空穴传输层，所述顶部电荷传输层为电子传输层，所述对电极为银或铜电极。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111433666.2A CN114141953A (zh) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 一种钙钛矿前驱溶液及其制备方法和钙钛矿太阳能电池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111433666.2A CN114141953A (zh) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 一种钙钛矿前驱溶液及其制备方法和钙钛矿太阳能电池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114141953A true CN114141953A (zh) | 2022-03-04 |
Family
ID=80389481
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111433666.2A Pending CN114141953A (zh) | 2021-11-29 | 2021-11-29 | 一种钙钛矿前驱溶液及其制备方法和钙钛矿太阳能电池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114141953A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115000190A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-02 | 湖北文理学院 | 一种全无机CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法 |
| CN114988461A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-09-02 | 武汉理工大学 | 一种无机CsPbI3钙钛矿薄膜及其制备方法 |
| CN116332798A (zh) * | 2022-07-06 | 2023-06-27 | 嘉庚创新实验室 | 制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料 |
-
2021
- 2021-11-29 CN CN202111433666.2A patent/CN114141953A/zh active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114988461A (zh) * | 2022-05-09 | 2022-09-02 | 武汉理工大学 | 一种无机CsPbI3钙钛矿薄膜及其制备方法 |
| CN115000190A (zh) * | 2022-06-01 | 2022-09-02 | 湖北文理学院 | 一种全无机CsPbI3钙钛矿电池及其制备方法 |
| CN116332798A (zh) * | 2022-07-06 | 2023-06-27 | 嘉庚创新实验室 | 制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料 |
| CN116332798B (zh) * | 2022-07-06 | 2024-02-20 | 嘉庚创新实验室 | 制备钙钛矿材料的方法以及中间体材料 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Abate et al. | Perovskite solar cells: from the laboratory to the assembly line | |
| CN114141953A (zh) | 一种钙钛矿前驱溶液及其制备方法和钙钛矿太阳能电池 | |
| 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 | |
| CN109037398B (zh) | 一种铯锡碘薄膜的制备方法及基于其的光伏器件 | |
| WO2020029205A1 (zh) | 基于梯度退火与反溶剂协同效应制备无机钙钛矿电池的方法及制备的无机钙钛矿电池 | |
| CN106449979B (zh) | 通过双氨基有机物制备热稳定钙钛矿CsPbI3的方法 | |
| CN108682745B (zh) | 一种基于反溶剂动态旋涂制备钙钛矿薄膜的方法 | |
| Bhandari et al. | An overview of hybrid organic–inorganic metal halide perovskite solar cells | |
| CN109216557A (zh) | 一种基于柠檬酸/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN113013333B (zh) | 多活性位点配体分子在钙钛矿太阳能电池中的应用及器件的制备方法 | |
| CN109768167B (zh) | 无电流迟滞的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN110350092A (zh) | 一种具有双电子传输层和双空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN111987220A (zh) | 基于下转换层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
| CN115241386A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114927623A (zh) | 有机-无机杂化双钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备方法 | |
| CN113410400B (zh) | 一种锡基钙钛矿薄膜及其质量改进方法和锡基钙钛矿太阳能电池 | |
| CN117998953A (zh) | 钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿薄膜的制备方法及太阳电池 | |
| CN112687808A (zh) | 一种基于硫酸盐掺杂的高稳定钙钛矿太阳能电池 | |
| CN112126425A (zh) | 钙钛矿薄膜及其制作方法和应用 | |
| CN116801652A (zh) | 一种晶硅钙钛矿叠层太阳能电池及制备方法 | |
| CN115000185B (zh) | 一种氟化铵盐钝化的碳基无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN116056537A (zh) | 快干慢生长沉积法制备高效准二维钙钛矿太阳能电池 | |
| CN112133835A (zh) | 一种钙钛矿前驱体溶液及使用其制备钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN109273600A (zh) | 一种以下转换材料界面修饰的太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114678391A (zh) | 一种叠层太阳电池 |
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 |