CN114709340A - 一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域，克服了现有技术中的宽带隙钙钛矿太阳能电池稳定性和效率较低的缺陷。本发明二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，将[NH3(CH2)nNH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5 mol/L，[NH3(CH2)nNH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。本发明适用于二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法。
背景技术
过去十年钙钛矿太阳能电池快速发展，单节钙钛矿太阳能电池能量转换效率从最初的3.8%迅速提升到目前认证的25.7%。构建叠层电池是大幅提升电池效率的最有效途径，双结叠层电池的理论效率可达45%，远高于单结电池的S-Q极限效率33%。随着钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的效率快速提高，宽带隙（1.63-1.75 eV）钙钛矿电池正成为学术界和产业界研究的焦点。
与其它较低带隙(<1.6 eV)的钙钛矿相比，宽带隙钙钛矿材料中存在较高的缺陷态密度，导致电池的开路电压损失较大、填充因子较小，限制了宽带隙钙钛矿电池的能量转换效率。另外，传统宽带隙三维钙钛矿材料的稳定性问题仍有待提高。二维钙钛矿具有较高的结构稳定性，但二维钙钛矿效率较低。稳定性和效率问题是制约钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池商业化应用的主要瓶颈。因此迫切需要开发更稳定和有效的宽带隙钙钛矿材料和器件。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的宽带隙钙钛矿太阳能电池稳定性和效率较低的缺陷，从而提供一种宽带隙钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
第一方面，本发明提供了一种二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，将[NH3(CH2)nNH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；
所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5 mol/L，[NH3(CH2)nNH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。
进一步的，所述钙钛矿前驱体包括PbI2和PbBr2中的至少一种，以及碘甲脒（FAI）和溴甲铵（MABr）中的至少一种。
进一步的，所述加热处理的温度为90~120℃，加热时间为20~60min。
第二方面，本发明还提供了一种上述制备方法制得的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
第三方面，本发明还提供了一种二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。
第四方面，本发明还提供了一种太阳能电池，从下至上依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层和金属电极层；所述钙钛矿吸光层为上述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
进一步的，满足条件（1）-（10）中的至少一项：
（1）所述导电衬底为氧化铟锡导电玻璃、掺杂氟的SnO2导电玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基底；
（2）所述空穴传输层为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]，氧化镍或聚（3，4-乙烯二氧噻吩）与聚（苯乙烯磺酸盐）的混合物（PEDOT:PSS）；
（3）所述钙钛矿吸光层为(FAPbI3)x(MAPbBr3)1-x；其中，FA为甲脒，MA为甲铵，x取值为0.5～1；
（4）所述电子传输层为[6,6]-苯基C61丁酸甲酯，氧化锡或氧化锌；
（5）所述电子缓冲层为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲；
（6）所述金属电极为银或金；
（7）所述空穴传输层厚度为50～100nm；
（8）所述电子传输层厚度为10～100nm；
（9）所述电子缓冲层厚度为1～50 nm；
（10）所述金属电极厚度为80～200 nm。
第五方面，本发明还提供了一种太阳能电池的制备方法，在导电衬底上采用全溶液法，依次生长空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层，并在电子缓冲层上蒸镀金属电极层。
进一步的，所述钙钛矿吸光层的制备包括：将[NH3(CH2)nNH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5mol/L，[NH3(CH2)nNH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL；
将混合后的溶液旋涂在所述空穴传输层上，旋涂参数为前10～40s转速为2000～6000rpm，后10～20s转速为6000～8000 rpm；90～120℃热处理20～60min制钙钛矿吸光层；对1×1 cm2面积的导电衬底使用的前驱体溶液为20～50μL。
进一步的，满足条件（1）-（3）中的至少一项：
（1）所述空穴传输层的制备方法包括：将空穴传输层材料制备成2～10 mg/mL的溶液，滴加到经臭氧处理后的导电衬底上，旋涂，退火，冷却；
所述旋涂参数为1000～6000转10～30s；所述退火温度为90～120℃，退火时间为5～30 min；对1×1 cm2面积的导电衬底使用的空穴传输层材料溶液为20～60μL；
（2）所述电子传输层的制备方法包括：将电子传输层材料制备成10～40 mg/mL的溶液，滴加到钙钛矿吸光层上，旋涂；
所述旋涂参数为800～2000转10～40s；
对1×1 cm2面积的导电衬底使用的电子传输层材料溶液为20～40μL；
（3）所述电子缓冲层的制备方法包括：将电子缓冲层材料制备成0.2～0.8 mg/mL的溶液，滴加到电子传输层上，旋涂；
所述旋涂参数为800～1500转10～40s；
对1×1 cm2面积的导电衬底使用的电子缓冲层材料溶液为20～40μL。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，将[NH3(CH2)nNH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5mol/L，[NH3(CH2)nNH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。
本发明通过在体相中引入双铵配体材料并控制双铵配体材料[NH3(CH2)nNH3]I2与钙钛矿前驱体的用量制得了一种二维/三维杂化的宽带隙钙钛矿，有效抑制相分离，降低钙钛矿薄膜体相缺陷，抑制离子迁移，降低钙钛矿薄膜晶界和表面缺陷引起的载流子非辐射复合损耗问题。得到的钙钛矿薄膜具有优异的稳定性以及较低的表界面缺陷态密度。本发明钙钛矿薄膜以三维相为主，激子结合能小，有利于电荷分离，各向同性，结晶取向影响小，结合二维的高稳定性和三维的高效率，可获得高效稳定宽带隙光伏器件。本发明是针对面向叠层器件的宽带隙钙钛矿薄膜。
二维有机阳离子构成的钙钛矿一般分为Ruddlesden-Popper（RP）和Dion-Jacobson（DJ），分子式中单铵对应着RP型钙钛矿，双铵对应着DJ型钙钛矿。相比于RP型二维钙钛矿，DJ型二维钙钛矿无层间范德华相互作用，其有机阳离子在分子两端均以氢键与无机钙钛矿层相连，因此具有更好的结构稳定性。本发明采用的DJ型二维阳离子，稳定性更强。
本发明采用的体相掺杂的方法，形成二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜，同时钝化体相和表面缺陷，更有利于提高钙钛矿本征稳定性，实现器件效率和环境稳定性的提高，且其制备方法简单易行，成本低廉。
2.本发明提供的太阳能电池，从下至少依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层和金属电极层；所述钙钛矿吸光层为二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
本发明制备的太阳能电池显示出优异的光电转换特性，相比于对照器件18.05％的PCE（能量转化效率），通过形成二维/三维杂化钙钛矿后的器件效率高达21.9％，增长了20.94个百分点；开路电压从1.15 V大幅度提高到1.24V；双铵配体的引入大大降低了钙钛矿薄膜晶界和界面缺陷态密度，这对钙钛矿器件的光工作稳定性非常有益，经过1000小时连续光照，对照器件的效率仅剩初始效率的52％，而钝化后的器件效率仍能保持初始效率的90％以上。鉴于本发明太阳能电池的诸多优点，优异的效率和稳定性必将进一步促进钙钛矿/晶硅叠层电池的商业化应用。
采用该宽带隙钙钛矿薄膜作为光吸收层制备钙钛矿太阳能电池，可同时提高电池器件能量转换效率和环境稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1的太阳能电池的器件结构示意图；
图2为实施例1-3中二维盐的化学结构；
图3为对比例1和实施例3的紫外-可见吸收光谱图；
图4为对比例1和实施例1-3的J-V曲线；
图5为对比例1和实施例3的钙钛矿吸光层的XRD图；
图6为对比例1和实施例3的钙钛矿层的稳态荧光（PL）图；
图7为对比例1和实施例3的光照稳定性测试；
图8为对比例1和实施例3的加热稳定性测试。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例1
本实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗ITO衬底：分别用洗涤剂、去离子水、乙醇和异丙醇进行超声各清洗15min。洗好的衬底用N2气枪吹干放入表面皿中，使用前用紫外-臭氧清洗设备处理20 min。
（2）制备空穴传输层：将臭氧处理后的ITO衬底放在旋涂机的旋转托架上通过真空吸附固定，空穴传输材料PTAA（聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]）与氯苯溶液以质量体积比2mg：1mL混合制得PTAA溶液，将PTAA溶液滴在ITO衬底中央并启动旋涂机以3000rpm，30s的速度旋涂在ITO衬底上，每30μL的PTAA溶液对应ITO衬底的面积为1×1 cm2；随后将样品移至100℃的加热台上，退火10 min，得到ITO/PTAA样品。
（3）制备钙钛矿吸光层：将PbI2、PbBr2、FAI、MABr按摩尔比0.63：0.37：0.63：0.37溶解在体积比为8:1的DMF/DMSO混合溶剂中，制得前驱体溶液，前驱体溶液的总摩尔浓度为2mol/L。将1，4-丁二胺氢碘酸盐（如图2所示）溶于前驱体溶液中，1，4-丁二胺氢碘酸盐在前驱体溶液中的掺杂量为8mg/mL。将40μL的掺杂后的前驱体溶液旋涂在ITO/PTAA基底上，前40s转速为4000rpm，后10s转速为6000rpm。随后，将样品在加热台上100℃热处理30 min制得样品ITO/PTAA/PVK，钙钛矿吸光层为(FAPbI3)0.63(MAPbBr3)0.37。
（4）制备电子传输层：电子传输材料PCBM（[6,6]-苯基C61丁酸甲酯）与氯苯溶液以质量体积比20mg：1mL混合，将30μL电子传输材料溶液以1500rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM。
（5）制备电子缓冲层：电子缓冲材料BCP（2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲）与异丙醇溶液以质量体积比0.4 mg：1mL混合，将30μL电子缓冲材料溶液以1000rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK/PCBM基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP。
（6）采用热蒸镀的方法蒸镀银电极：将制备好的ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP样品放在金属模具内，用真空镀膜仪将金属Ag蒸镀在BCP表层(厚度约为100nm)，即可得到完整结构的钙钛矿太阳能电池，如图1所示。
实施例2
本实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗ITO衬底：分别用洗涤剂、去离子水、乙醇和异丙醇进行超声各清洗15min。洗好的衬底用N2气枪吹干放入表面皿中，使用前用紫外-臭氧清洗设备处理20 min。
（2）制备空穴传输层：将臭氧处理后的ITO衬底放在旋涂机的旋转托架上通过真空吸附固定，空穴传输材料PTAA与氯苯溶液以质量体积比2mg：1mL混合制得PTAA溶液，将PTAA溶液滴在ITO衬底中央并启动旋涂机以3000rpm，30s的速度旋涂在ITO衬底上，每30μL的PTAA溶液对应ITO衬底的面积为1×1 cm2；随后将样品移至100℃的加热台上，退火10 min，得到ITO/PTAA样品。
（3）制备钙钛矿吸光层：将PbI2、PbBr2、FAI、MABr按摩尔比0.63：0.37：0.63：0.37溶解在体积比为8:1的DMF/DMSO混合溶剂中，制得前驱体溶液，前驱体溶液的总摩尔浓度为2mol/L。将1，6-己二胺氢碘酸盐（如图2所示）溶于前驱体溶液中，1，6-己二胺氢碘酸盐在前驱体溶液中的掺杂量为8mg/mL。将40μL的掺杂后的前驱体溶液旋涂在ITO/PTAA基底上，前40s转速为4000rpm，后10s转速为6000rpm。随后，将样品在加热台上100℃热处理30 min制得样品ITO/PTAA/PVK，钙钛矿吸光层为(FAPbI3)0.63(MAPbBr3)0.37。
（4）制备电子传输层：电子传输材料PCBM与氯苯溶液以质量体积比20mg：1mL混合，以1500rpm，将30μL电子传输材料溶液30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM。
（5）制备电子缓冲层：电子缓冲材料BCP与异丙醇溶液以质量体积比0.4 mg：1mL混合，将30μL电子缓冲材料溶液以1000rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK/PCBM基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP。
（6）采用热蒸镀的方法蒸镀银电极：将制备好的ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP样品放在金属模具内，用真空镀膜仪将金属Ag蒸镀在BCP表层(厚度约为100nm)，即可得到完整结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例3
本实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗ITO衬底：分别用洗涤剂、去离子水、乙醇和异丙醇进行超声各清洗15min。洗好的衬底用N2气枪吹干放入表面皿中，使用前用紫外-臭氧清洗设备处理20 min。
（2）制备空穴传输层：将臭氧处理后的ITO衬底放在旋涂机的旋转托架上通过真空吸附固定，空穴传输材料PTAA与氯苯溶液以质量体积比2mg：1mL混合制得PTAA溶液，将PTAA溶液滴在ITO衬底中央并启动旋涂机以3000rpm，30s的速度旋涂在ITO衬底上，每30μL的PTAA溶液对应ITO衬底的面积为1×1 cm2；随后将样品移至100℃的加热台上，退火10 min，得到ITO/PTAA样品。
（3）制备钙钛矿吸光层：将PbI2、PbBr2、FAI、MABr按摩尔比0.63：0.37：0.63：0.37溶解在体积比为8:1的DMF/DMSO混合溶剂中，制得前驱体溶液，前驱体溶液的总摩尔浓度为2mol/L。将1，8-辛二胺氢碘酸盐（如图2所示）溶于前驱体溶液中，1，8-辛二胺氢碘酸盐在前驱体溶液中的掺杂量为8mg/mL。将40μL的掺杂后的前驱体溶液旋涂在ITO/PTAA基底上，前40s转速为4000rpm，后10s转速为6000rpm。随后，将样品在加热台上100℃热处理30 min制得样品ITO/PTAA/PVK，钙钛矿吸光层为(FAPbI3)0.63(MAPbBr3)0.37。
（4）制备电子传输层：电子传输材料PCBM与氯苯溶液以质量体积比20mg：1mL混合，以1500rpm，将30μL电子传输材料溶液30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM。
（5）制备电子缓冲层：电子缓冲材料BCP与异丙醇溶液以质量体积比0.4 mg：1mL混合，将30μL电子缓冲材料溶液以1000rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK/PCBM基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP。
（6）采用热蒸镀的方法蒸镀银电极：将制备好的ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP样品放在金属模具内，用真空镀膜仪将金属Ag蒸镀在BCP表层(厚度约为100nm)，即可得到完整结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例4
本实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗ITO衬底：分别用洗涤剂、去离子水、乙醇和异丙醇进行超声各清洗15min。洗好的衬底用N2气枪吹干放入表面皿中，使用前用紫外-臭氧清洗设备处理20 min。
（2）制备空穴传输层：将臭氧处理后的ITO衬底放在旋涂机的旋转托架上通过真空吸附固定，空穴传输材料PTAA与氯苯溶液以质量体积比6mg：1mL混合制得PTAA溶液，将PTAA溶液滴在ITO衬底中央并启动旋涂机以5000rpm，30s的速度旋涂在ITO衬底上，每50μL的PTAA溶液对应ITO衬底的面积为1×1 cm2；随后将样品移至110℃的加热台上，退火8 min，得到ITO/PTAA样品。
（3）制备钙钛矿吸光层：将PbI2、PbBr2、FAI、MABr按摩尔比0.63：0.37：0.63：0.37溶解在体积比为4:1的DMF/DMSO混合溶剂中，制得前驱体溶液，前驱体溶液的总摩尔浓度为2mol/L。将1，4-丁二胺氢碘酸盐溶于前驱体溶液中，1，4-丁二胺氢碘酸盐在前驱体溶液中的掺杂量为10mg/mL。将35μL的掺杂后的前驱体溶液旋涂在ITO/PTAA基底上，前40s转速为5000rpm，后10s转速为8000rpm。随后，将样品在加热台上100℃热处理20 min制得样品ITO/PTAA/PVK，钙钛矿吸光层为(FAPbI3)0.63(MAPbBr3)0.37。
（4）制备电子传输层：电子传输材料PCBM与氯苯溶液以质量体积比30 mg：1mL混合，将30μL电子传输材料溶液以2000 rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM。
（5）制备电子缓冲层：电子缓冲材料BCP与异丙醇溶液以质量体积比0.4 mg：1mL混合，将30μL电子缓冲材料溶液以1000rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK/PCBM基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP。
（6）采用热蒸镀的方法蒸镀银电极：将制备好的ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP样品放在金属模具内，用真空镀膜仪将金属Ag蒸镀在BCP表层(厚度约为80nm)，即可得到完整结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例5
本实施例提供了一种太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）清洗ITO衬底：分别用洗涤剂、去离子水、乙醇和异丙醇进行超声各清洗15min。洗好的衬底用N2气枪吹干放入表面皿中，使用前用紫外-臭氧清洗设备处理20 min。
（2）制备空穴传输层：将臭氧处理后的ITO衬底放在旋涂机的旋转托架上通过真空吸附固定，空穴传输材料PTAA与氯苯溶液以质量体积比4mg：1mL混合制得PTAA溶液，将PTAA溶液滴在ITO衬底中央并启动旋涂机以5000rpm，30s的速度旋涂在ITO衬底上，每20μL的PTAA溶液对应ITO衬底的面积为1×1 cm2；随后将样品移至120℃的加热台上，退火10 min，得到ITO/PTAA样品。
（3）制备钙钛矿吸光层：将PbI2、PbBr2、FAI、MABr按摩尔比0.63：0.37：0.63：0.37溶解在体积比为5:1的DMF/DMSO混合溶剂中，制得前驱体溶液，前驱体溶液的总摩尔浓度为2mol/L。将1，4-丁二胺氢碘酸盐溶于前驱体溶液中，1，4-丁二胺氢碘酸盐在前驱体溶液中的掺杂量为15mg/mL。将40μL的掺杂后的前驱体溶液旋涂在ITO/PTAA基底上，前40s转速为5000rpm，后10s转速为7000rpm。随后，将样品在加热台上100℃热处理30 min制得样品ITO/PTAA/PVK，钙钛矿吸光层为(FAPbI3)0.63(MAPbBr3)0.37。
（4）制备电子传输层：电子传输材料PCBM与氯苯溶液以质量体积比25mg：1mL混合，将30μL电子传输材料溶液以1800rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM。
（5）制备电子缓冲层：电子缓冲材料BCP与异丙醇溶液以质量体积比0.6 mg：1mL混合，将30μL电子缓冲材料溶液以1200rpm，30s的速度旋涂于ITO/PTAA/PVK/PCBM基底上，得到样品ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP。
（6）采用热蒸镀的方法蒸镀银电极：将制备好的ITO/PTAA/PVK/PCBM/BCP样品放在金属模具内，用真空镀膜仪将金属Ag蒸镀在BCP表层(厚度约为90nm)，即可得到完整结构的钙钛矿太阳能电池。
对比例1
本对比例提供了一种太阳能电池的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于，本对比例未添加1，4-丁二胺氢碘酸盐。
试验例
1）光电转换效率测试：
对实施例1-3和对比例1制备的太阳能电池进行光电转换效率测试，测试方法为：电化学工作站测试电池转换效率。使用NIM校准的标准硅太阳能电池将光强校准到AM1.5G一个太阳（100 mW/cm2）。使用金属掩模将实施例和对比例制备的太阳能电池器件的有效有源面积定义为0.1 cm2。J-V 曲线在1.3 V 至-0.1 V范围内以 100 mV/s 的扫描速率测量。
J-V 曲线如图4所示，太阳能电池的光电转换效率为曲线上的点形成的矩形的最大面积，太阳能电池的光电转换效率如表1所示。光电转换效率提高率=（实施例的光电转换效率-对比例1的光电转换效率）/对比例1的光电转换效率。
表1 太阳能电池的光电转换效率
| 光电转换效率（%） | 光电转换效率提高率（%） | |
| 实施例1 | 19.52 | 8.1 |
| 实施例2 | 19.75 | 9.4 |
| 实施例3 | 21.83 | 20.9 |
| 实施例4 | 20.91 | 15.8 |
| 实施例5 | 20.21 | 11.9 |
| 对比例1 | 18.05 |
图3为对比例1和实施例3中钙钛矿吸光层的紫外-可见吸收光谱图，通过图3可知实施例3禁带宽度为1.67 eV，符合钙钛矿/硅叠层电池带隙要求。
图5为对比例1和实施例3的钙钛矿吸光层的XRD图，通过图5可知掺杂后，钙钛矿薄膜结晶性明显提高，可以降低钙钛矿内部缺陷，提高开路电压。
图6为对比例1和实施例3的钙钛矿层的稳态荧光（PL）图，通过图6中实施例3的荧光强度增强，说明实施例3具有更低的载流子非辐射损耗，非辐射复合减少，有利于器件性能提升。
2）稳定性测试
光照稳定性测试方法为将钙钛矿太阳能电池器件放在 AM1.5G一个太阳（100 mW/cm2）强的LED光源下长时间照射，监测效率的变化情况。
加热稳定性测试方法为将钙钛矿太阳能电池器件放在60℃加热台长时间加热，监测效率的变化情况。
通过图7和图8可知，本发明太阳能电池的稳定性大幅度提高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，将[NH3(CH2)nNH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，旋涂、加热处理即得，n=4、6或8；
所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5 mol/L，[NH3(CH2)nNH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL。
2.根据权利要求1所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体包括PbI2和PbBr2中的至少一种，以及碘甲脒和溴甲铵中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，所述加热处理的温度为90~120℃，加热时间为20~60min。
4.一种权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
5.一种权利要求4所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜在太阳能电池中的应用。
6.一种太阳能电池，其特征在于，从下至上依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层和金属电极层；所述钙钛矿吸光层为权利要求4所述的二维/三维杂化宽带隙钙钛矿薄膜。
7.根据权利要求6所述的太阳能电池，其特征在于，满足条件（1）-（10）中的至少一项：
（1）所述导电衬底为氧化铟锡导电玻璃、掺杂氟的SnO2导电玻璃或聚对苯二甲酸乙二醇酯柔性基底；
（2）所述空穴传输层为聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]，氧化镍或聚（3，4-乙烯二氧噻吩）与聚（苯乙烯磺酸盐）的混合物；
（3）所述钙钛矿吸光层为(FAPbI3)x(MAPbBr3)1-x；其中，FA为甲脒，MA为甲铵，x取值为0.5～1；
（4）所述电子传输层为[6,6]-苯基C61丁酸甲酯，氧化锡或氧化锌；
（5）所述电子缓冲层为2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲；
（6）所述金属电极为银或金；
（7）所述空穴传输层厚度为50～100nm；
（8）所述电子传输层厚度为10～100nm；
（9）所述电子缓冲层厚度为1～50 nm；
（10）所述金属电极厚度为80～200 nm。
8.一种权利要求6或7所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，在导电衬底上采用全溶液法，依次生长空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层，并在电子缓冲层上蒸镀金属电极层。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿吸光层的制备包括：将[NH3(CH2)nNH3]I2溶于钙钛矿前驱体溶液中，n=4、6或8；所述钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的总摩尔浓度为1.0～2.5mol/L，[NH3(CH2)nNH3]I2的掺杂量为1~15mg/mL；
将混合后的溶液旋涂在所述空穴传输层上，旋涂参数为前10～40s转速为2000～5000rpm，后10～20s转速为6000～8000 rpm；90～120℃热处理20～60min制得钙钛矿吸光层；对1×1 cm2面积的导电衬底使用的前驱体溶液为20～50μL。
10.根据权利要求8或9所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，满足条件（1）-（3）中的至少一项：
（1）所述空穴传输层的制备方法包括：将空穴传输层材料制备成2～10 mg/mL的溶液，滴加到经臭氧处理后的导电衬底上，旋涂，退火，冷却；
所述旋涂参数为1000～5000转10～30s；所述退火温度为90～120℃，退火时间为5～30min；对1×1 cm2面积的导电衬底使用的空穴传输层材料溶液为20～50μL；
（2）所述电子传输层的制备方法包括：将电子传输层材料制备成10～40 mg/mL的溶液，滴加到钙钛矿吸光层上，旋涂；
所述旋涂参数为800～2000转10～40s；
对1×1 cm2面积的导电衬底使用的电子传输层材料溶液为20～40μL；
（3）所述电子缓冲层的制备方法包括：将电子缓冲层材料制备成0.2～0.8 mg/mL的溶液，滴加到电子传输层上，旋涂；
所述旋涂参数为800～1500转10～40s；
对1×1 cm2面积的导电衬底使用的电子缓冲层材料溶液为20～40μL。
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