CN114751908B - 二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池 - Google Patents

二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN114751908B
CN114751908B CN202110025076.XA CN202110025076A CN114751908B CN 114751908 B CN114751908 B CN 114751908B CN 202110025076 A CN202110025076 A CN 202110025076A CN 114751908 B CN114751908 B CN 114751908B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dimensional perovskite
perovskite material
precursor
solar cell
dimensional
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
CN202110025076.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114751908A (zh
Inventor
葛子义
刘畅
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.)
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Original Assignee
Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
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 Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS filed Critical Ningbo Institute of Material Technology and Engineering of CAS
Priority to CN202110025076.XA priority Critical patent/CN114751908B/zh
Publication of CN114751908A publication Critical patent/CN114751908A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114751908B publication Critical patent/CN114751908B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D487/00—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00
    • C07D487/02—Heterocyclic compounds containing nitrogen atoms as the only ring hetero atoms in the condensed system, not provided for by groups C07D451/00 - C07D477/00 in which the condensed system contains two hetero rings
    • C07D487/04—Ortho-condensed systems
    • 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
    • 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
    • H10K85/655—Aromatic compounds comprising a hetero atom comprising only sulfur as heteroatom
    • 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

Abstract

本发明涉及一种二维钙钛矿材料及其制备方法，所述二维钙钛矿材料的分子式为RAn‑ 1BnX3n+1，n＝1‑4；其中，A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，R的结构式如下式(1)所示，其中R1是碳原子数为2‑20的直链或支链的烷基；本发明的二维钙钛矿材料能够消除量子阱结构、激子束缚能低、载流子传输性能高；本发明的二维钙钛矿材料的制备方法的制备条件简单可控，适用于工业化生产。本发明还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池的吸光层的材料包括所述的二维钙钛矿材料，本发明的太阳能电池具有高且稳定的光电转化效率。

Description

二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别是涉及一种二维钙钛矿材料及其制备方法、太阳能电池。
背景技术
有机-无机杂化的金属卤化物钙钛矿材料凭借其优异的光电性能、低原材料成本、以及简单的制备工艺而备受关注，但是现阶段三维钙钛矿电池的稳定性较差。与之相比，二维钙钛矿则具有较好的稳定性和可大规模制造性。然而由于二维钙钛矿材料的量子阱特性导致了其具有较大的激子束缚能，且二维钙钛矿材料的载流子迁移率低，使得二维钙钛矿器件的光电转化效率低于传统三维钙钛矿太阳能电池。为了提高二维钙钛矿太阳能电池的光伏效率，诸多团队利用热旋涂、缓慢退火工艺、添加剂(如NH4SCN、MACl)等处理方法来实现对钙钛矿晶体垂直于基底方向的诱导生长或量子阱的有利分布。然而，晶体取向的调控需要较精细的实验条件，难以运用到二维钙钛矿薄膜的工业化制备中。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种能够消除量子阱结构、激子束缚能低、载流子传输性能高的二维钙钛矿材料及其制备方法以及提供一种稳定且光电转化效率高的太阳能电池。
一种二维钙钛矿材料，所述二维钙钛矿材料的分子式为RAn-1BnX3n+1，n＝1-4；其中，A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，R的结构式如下式(1)所示：
其中，R1是碳原子数为2-20的直链或支链的烷基。
在其中一个实施例中，A包括CH3NH3 +、NH2CH＝NH2 +、CH3CH2NH3 +中的至少一种。
在其中一个实施例中，B包括Pb2+、Sn2+、Ge2+中的至少一种。
在其中一个实施例中，X包括Cl-、Br-、I-中的至少一种。
本发明的二维钙钛矿材料的分子式中，R为与无机层能级匹配的、具有光电活性的D-A-D(D:吡咯并吡咯二酮、A:噻吩)型有机基团，该基团可以从下述三个方面影响二维钙钛矿材料的性能：1)通过D-A-D分子主链上的π电子离域作用减小有机分子能带带隙，从而消除二维钙钛矿材料的量子阱结构，并且可通过选择不同D、A基团调控有机层导带、价带能级，进一步降低二维钙钛矿材料中无机-有机层间能量传输损失；2)窄带隙D-A-D分子能贡献一部分可见光吸收，提高二维钙钛矿材料的总体吸光性能；3)分子的内电荷转移效应可促进载流子通过有机层的传输，能弱化钙钛矿结晶取向对光伏器件效率的影响。因此，本发明的二维钙钛矿材料能够消除量子阱结构，使得材料的激子束缚能降低，并且还能提高二维钙钛矿材料的总体吸光性能和载流子传输性能。
一种二维钙钛矿材料的制备方法，包括：
将第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体溶于溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液，其中，第一前驱体为金属卤化物，第二前驱体为有机铵盐，第三前驱体的结构式如下式(2)所示：
其中，R1是碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；
提供一基体，于所述基体上涂覆所述钙钛矿前驱体溶液并退火，得到二维钙钛矿材料。
在其中一个实施例中，所述金属卤化物包括PbCl2、PbBr2、PbI2、SnCl2、SnBr2、SnI2、GeCl2、GeBr2、GeI2中的至少一种；所述有机铵盐包括CH3NH3I、NH2CH＝NH2I、CH3NH2NH3I中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述第一前驱体、所述第二前驱体、所述第三前驱体的摩尔比为n:n-1:1，其中，n＝1-4。
在其中一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4mmol/L-1.0mmol/L。
在其中一个实施例中，所述退火的温度为80℃-120℃。
在所述退火的过程中，所述钙钛矿前驱体溶液会发生反应，得到二维钙钛矿材料。
本发明二维钙钛矿材料的制备方法条件简单可控，可以实现大面积制备，适用于工业化生产。
一种太阳能电池，所述太阳能电池的吸光层的材料包括上述二维钙钛矿材料。
由于本发明的二维钙钛矿材料激子结合能低、带隙较小、载流子传输性能更优，且溶解度高、成膜性好，因此，本发明的太阳能电池能够具有更高且稳定的光电转化效率。
附图说明
图1为本发明DPP-2T的HNMR图谱；
图2为本发明太阳能电池的一实施方式的结构示意图；
图3为本发明实施例1中太阳能电池的I-V特性曲线图；
图4为本发明实施例4中二维钙钛矿材料的XRD图谱；
图5为本发明实施例4中二维钙钛矿材料的TEM图像。
图中：101、透明导电层；102、空穴传输层；103、吸光层；104、电子传输层；105、背电极层。
具体实施方式
以下将对本发明提供的二维钙钛矿材料及其制备方法、太阳能电池作进一步说明。
本发明提供的二维钙钛矿材料的分子式为RAn-1BnX3n+1，n＝1-4，其中，A为有机阳离子，B为金属阳离子，X为卤素阴离子，R的结构式如下式(1)所示：
其中，R1是碳原子数为2-20的直链或支链的烷基。
在一个或多个实施例中，所述二维钙钛矿材料的分子式中的A包括CH3NH3 +、NH2CH＝NH2 +、CH3CH2NH3 +中的至少一种，优选为CH3NH3 +(MA)；B包括Pb2+、Sn2+、Ge2+、Li+、Na+、K+、Rb+、CS+中的至少一种，优选为Pb2+；X包括Cl-、Br-或I-中的至少一种，优选为I-。
本发明的二维钙钛矿材料的分子式中，R为与无机层能级匹配的、具有光电活性的D-A-D(D:吡咯并吡咯二酮、A:噻吩)型有机基团，该D-A-D型有机基团可以通过D-A-D分子主链上的π电子离域作用减小有机分子的能带带隙，从而消除二维钙钛矿材料的量子阱结构，并且，可通过选择不同D基团和A基团调控有机层导带、价带能级，进一步降低二维钙钛矿材料中无机-有机层间能量传输损失。
同时，该D-A-D型有机基团的带隙较窄，窄带隙的D-A-D分子能贡献一部分可见光吸收，提高二维钙钛矿材料的总体吸光性能。
另外，本发明的二维钙钛矿材料中，D-A-D型有机基团的分子的内电荷转移效应可促进载流子通过有机层的传输，能弱化钙钛矿结晶取向对光伏器件效率的影响。
因此，本发明的二维钙钛矿材料能够消除量子阱结构，使得材料的激子束缚能降低，并且还能提高二维钙钛矿材料的总体吸光性能和载流子传输性能，在太阳能电池等光电器件中具有广阔的应用前景。
本发明还提供上述二维钙钛矿材料的制备方法，包括：
S1，将第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体溶于溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液，其中，所述第一前驱体为金属卤化物，所述第二前驱体为有机铵盐，所述第三前驱体的结构式如下式(2)所示，
其中，R1是碳原子数为2-20的直链或支链的烷基；
S2，提供一基体，于所述基体上涂覆所述钙钛矿前驱体溶液并退火，得到二维钙钛矿材料。
步骤S1中，所述金属卤化物包括PbCl2、PbBr2、PbI2、SnCl2、SnBr2、SnI2、GeCl2、GeBr2、GeI2中的至少一种，优选为PbI2；所述有机铵盐包括CH3NH3I(MAI)、NH2CH＝NH2I、CH3NH2NH3I中的至少一种，优选为CH3NH3I。
所述第三前驱体优选为结构式如下式(3)所示的DPP-2T：
参见以下合成路线，所述DPP-2T的制备方法包括：
将结构式如式(4)所示的分子与Cs2CO3溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，加入2-(叔丁氧基羰基氨基)乙基溴后将混合溶液在70℃加热下搅拌16小时；
过滤后在低压下除去溶剂DMF，粗产物加入甲基叔丁基醚后在20℃下打浆30min，得到结构式如式(5)所示的中间产物；
随后向溶有中间产物的DCM溶液中加入HI，将混合溶液在20℃下搅拌16小时，降压处理出去部分溶剂，再将所得粗产物加入MeOH中，在20℃超声处理30min，得到DPP-2T，所得产物的HNMR谱如图1所示。
在一个或多个实施例中，所述第一前驱体、所述第二前驱体、所述第三前驱体的摩尔比为n:n-1:1，其中，n＝1-4，在此范围内可以保证后续金属卤化物与有机铵盐充分反应，减少金属卤化物的残余量，同时保证获得的钙钛矿材料为二维材料。
在一个或多个实施例中，所述溶剂包括砜类溶剂、亚砜类溶剂、酯类溶剂、烃类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂中的至少一种，优选为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲基亚砜(DMSO)的混合溶剂，在DMF与DMSO的混合溶剂中，DMF与DMSO的体积比为3:1-5:1，优选为4:1，以保证所述第一前驱体、所述第二前驱体和所述第三前驱体在所述溶剂中具有良好的溶解性。
在一个或多个实施例中，所述混合操作的温度为60℃，以便于所述第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体的充分溶解和混合。
在一个或多个实施例中，混合得到的所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4mmol/L-1.0mmol/L。
步骤S2中，所述钙钛矿前驱体溶液在所述退火过程中发生反应，得到二维钙钛矿材料。
在一个或多个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液的涂覆方法包括旋涂、刮涂、超声喷涂、夹缝涂布中的至少一种。其中旋涂法适用于制备小面积的二维钙钛矿薄膜，刮涂、超声喷涂、夹缝涂布等可应用于制备大面积的二维钙钛矿薄膜。
在一个或多个实施例中，所述第一前驱体以PbI2为例，所述第二前驱体以MAI为例，所述第三前驱体以DPP-2T为例，所述钙钛矿前驱体溶液中的第一前驱体、第二前驱体、第三前驱体通过如下式(6)所示反应得到二维钙钛矿材料，
其中，DPP为如下式(7)所示的有机离子，
在一个或多个实施例中，所述退火的温度为80℃-120℃，优选为100℃，在所述温度范围内上述钙钛矿前驱体溶液的反应速度快，并且所得到的二维钙钛矿材料的分子结构不会被高温所破坏。
因此，本发明二维钙钛矿材料的制备方法条件简单可控，可以实现大面积制备，适用于工业化生产。
如图2所示，为本发明提供的一实施方式的太阳能电池，包括透明导电层101以及依次层叠设置于所述透明导电层101上的空穴传输层102、吸光层103、电子传输层104和背电极层105，其中，吸光层103的材料包括如上所述的二维钙钛矿材料。
当然，在另一实施方式中，所述太阳能电池的结构也可以包括透明导电层101以及依次层叠设置于所述透明导电层101上的电子传输层104、吸光层103、空穴传输层102和背电极层105，其中，吸光层103的材料包括如上所述的二维钙钛矿材料。
在一个或多个实施例中，透明导电层101的材料包括掺氟氧化锡(FTO)、掺铟氧化锡(ITO)、掺铝氧化锌(AZO)、掺铟氧化锌(IZO)、ZnMgO、石墨烯中的至少一种，优选为ITO；制备方法包括溅射法、原子层沉积法、热蒸镀法、刻蚀法中的至少一种，优选为刻蚀法。
在一个或多个实施例中，空穴传输层102的材料包括2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、掺杂锂盐的Spiro-OMeTAD、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、CuI、CuSCN、NiO、聚3,4-乙烯二氧噻吩(PEDOT)、聚苯乙烯磺酸盐(PSS)中的至少一种，优选为PEDOT与PSS的混合材料；制备方法包括真空蒸发法、电子束蒸发法、磁控溅射法、原子层沉积法、光刻法、化学气相沉积法、丝网印刷法、水热法、电化学沉积法、旋涂、刀片刮涂、棒式涂布、夹缝式挤压型涂布、喷涂、喷墨印刷中的至少一种，优选为旋涂法。
在一个或多个实施例中，电子传输层104的材料包括TiO2、SnO2、ZnO、LiF、C60、富勒烯衍生物、[6,6]-苯基-C-丁酸甲酯(PCBM，其中C有C61和C71)、BCP中的至少一种，优选为按顺序依次涂覆的PCBM与BCP；制备方法包括溶液法、化学气相沉积法、磁控溅射法、旋涂法中的至少一种，优选为旋涂法。
在一个或多个实施例中，背电极层105的材料包括Au、Ag、Cu、Al、Ni、Cr中的至少一种，优选为Ag；制备方法包括蒸镀法、丝网印刷法、磁控溅射法中的至少一种，优选为蒸镀法。
由于本发明的二维钙钛矿材料激子结合能低、带隙较小、载流子传输性能更优，且溶解度高、成膜性好，因此，本发明的太阳能电池能够具有更高且稳定的光电转化效率。
以下，将通过以下具体实施例对所述二维钙钛矿材料及其制备方法、太阳能电池做进一步的说明。
实施例1
将刻蚀好的ITO导电玻璃基板分别用去清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗20min，放入烘箱干燥，得到透明导电层。
将干燥后的透明导电层进行紫外臭氧处理30min，在3000rpm转速下旋涂PEDOT:PSS溶液，旋转时间30s，然后150℃退火10min，形成空穴传输层。
将PbI2、CH3NH3I、DPP-2T按照摩尔比(n:n-1:1，n＝4)溶解在DMF：DMSO(v/v 4:1)溶剂中，于60℃下搅拌4小时，混合得到钙钛矿前驱体溶液，所述前驱体溶液浓度为0.8mol/L。在N2氛围的手套箱中，将100μL的钙钛矿前驱体溶液滴在空穴传输层上并迅速在6000rpm转速下旋涂30s，形成薄膜，然后将该薄膜在100℃的加热台上退火10min，得到平整的二维钙钛矿薄膜，作为吸光层。
在吸光层上分别旋涂PCBM和BCP，厚度分别约为60nm和5nm，得到电子传输层，最后在电子传输层上蒸镀100nm的银电极层，其中前30nm的蒸发速率为之后的蒸发速率为/>得到太阳能电池。
将获得的太阳能电池在100mW/cm2的模拟太阳光照射下进行性能测试，其I-V曲线如图3所示，从图3可知，其开路电压为1.11V，短路电流为18.2mA/cm2，填充因子为70.9％，效率为14.3％。
实施例2
将刻蚀好的ITO导电玻璃基板分别用去清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗20min，放入烘箱干燥，得到透明导电层。
将干燥后的透明导电层进行紫外臭氧处理30min，在3000rpm转速下旋涂PEDOT:PSS溶液，旋转时间30s，然后150℃退火10min，形成空穴传输层。
将PbI2、CH3NH3I、DPP-2T按照摩尔比(n:n-1:1，n＝4)溶解在DMF：DMSO(v/v 4:1)溶剂中，于60℃下搅拌4小时，混合得到钙钛矿前驱体溶液，所述前驱体溶液浓度为0.4mol/L。在N2氛围的手套箱中，将100μL的钙钛矿前驱体溶液滴在空穴传输层上并迅速在6000rpm转速下旋涂30s，形成薄膜，然后将该薄膜在80℃的加热台上退火10min，得到平整的二维钙钛矿薄膜，作为吸光层。
在吸光层上分别旋涂PCBM和BCP，厚度分别约为60nm和5nm，得到电子传输层，最后在电子传输层上蒸镀100nm的银电极层，其中前30nm的蒸发速率为之后的蒸发速率为/>得到太阳能电池。
实施例3
将刻蚀好的ITO导电玻璃基板分别用去清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗20min，放入烘箱干燥，得到透明导电层。
将干燥后的透明导电层进行紫外臭氧处理30min，在3000rpm转速下旋涂PEDOT:PSS溶液，旋转时间30s，然后150℃退火10min，形成空穴传输层。
将PbI2、CH3NH3I、DPP-2T按照摩尔比(n:n-1:1，n＝4)溶解在DMF：DMSO(v/v 4:1)溶剂中，于60℃搅拌4小时，混合得到钙钛矿前驱体溶液，所述前驱体溶液浓度为1.0mol/L。在N2氛围的手套箱中，将100μL的钙钛矿前驱体溶液滴在空穴传输层上并迅速在6000rpm转速下旋涂30s，形成薄膜，然后将该薄膜在120℃的加热台上退火10min，得到平整的二维钙钛矿薄膜，作为吸光层。
在吸光层上分别旋涂PCBM和BCP，厚度分别约为60nm和5nm，得到电子传输层，最后在电子传输层上蒸镀100nm的银电极层，其中前30nm的蒸发速率为之后的蒸发速率为/>得到太阳能电池。
实施例4
将刻蚀好的ITO导电玻璃基板分别用去清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗20min，放入烘箱干燥，得到透明导电层。
将干燥后的透明导电层进行紫外臭氧处理30min，在3000rpm转速下旋涂PEDOT:PSS溶液，旋转时间30s，然后150℃退火10min，形成空穴传输层。
将PbI2、CH3NH3I、DPP-2T按照摩尔比(n:n-1:1，n＝1)溶解在DMF：DMSO(v/v 4:1)溶剂中，于60℃下搅拌4小时，混合得到钙钛矿前驱体溶液，所述前驱体溶液浓度为0.8mol/L。在N2氛围的手套箱中，将100μL的钙钛矿前驱体溶液滴在空穴传输层上并迅速在6000rpm转速下旋涂30s，形成薄膜，然后将该薄膜在100℃的加热台上退火10min，得到平整的二维钙钛矿薄膜，作为吸光层。对所得二维钙钛矿薄膜进行XRD表征和TEM表征，表征结果分别如图4和图5所示。由图4可知，所得二维钙钛矿的分子式为(DPP)MAPb2I7。由图5可知，所得二维钙钛矿为二维的层状结构。
在吸光层上分别旋涂PCBM和BCP，厚度分别约为60nm和5nm，得到电子传输层，最后在电子传输层上蒸镀100nm的银电极层，其中前30nm的蒸发速率为之后的蒸发速率为/>得到太阳能电池。
实施例5
将刻蚀好的ITO导电玻璃基板分别用去清洗剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗20min，放入烘箱干燥，得到透明导电层。
将干燥后的透明导电层进行紫外臭氧处理30min，在3000rpm转速下旋涂PEDOT:PSS溶液，旋转时间30s，然后150℃退火10min，形成空穴传输层。
将PbI2、CH3NH3I、DPP-2T按照摩尔比(n:n-1:1，n＝2)溶解在DMF：DMSO(v/v 4:1)溶剂中，于60℃下搅拌4小时，混合得到钙钛矿前驱体溶液，所述前驱体溶液浓度为0.8mol/L。在N2氛围的手套箱中，将100μL的钙钛矿前驱体溶液滴在空穴传输层上并迅速在6000rpm转速下旋涂30s，形成薄膜，然后将该薄膜在100℃的加热台上退火10min，得到平整的二维钙钛矿薄膜，作为吸光层。
在吸光层上分别旋涂PCBM和BCP，厚度分别约为60nm和5nm，得到电子传输层，最后在电子传输层上蒸镀100nm的银电极层，其中前30nm的蒸发速率为之后的蒸发速率为/>得到太阳能电池。
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。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二维钙钛矿材料，其特征在于，所述二维钙钛矿材料的分子式为RAn-1BnX3n+1，n=1-4；其中，A为有机阳离子，所述A包括CH3NH3 +、NH2CH=NH2 +、CH3NH2NH3 +中的至少一种，B为金属阳离子，所述B包括Pb2+、Sn2+、Ge2+中的至少一种，X为卤素阴离子，R的结构式如下式（1）所示，
，
其中，R1是碳原子数为2的直链或支链的烷基。
2.根据权利要求1所述二维钙钛矿材料，其特征在于，A选自CH3NH3 +。
3.根据权利要求1所述二维钙钛矿材料，其特征在于，B选自Pb2+。
4.根据权利要求1所述二维钙钛矿材料，其特征在于，X包括Cl-、Br-、I-中的至少一种。
5.一种如权利要求1-4任一项所述的二维钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括：
将第一前驱体、第二前驱体和第三前驱体溶于溶剂中，混合得到钙钛矿前驱体溶液，其中，所述第一前驱体为金属卤化物，所述金属卤化物包括PbCl2、PbBr2、PbI2、SnCl2、SnBr2、SnI2、GeCl2、GeBr2、GeI2中的至少一种，所述第二前驱体为有机铵盐，所述有机铵盐包括CH3NH3I、NH2CH=NH2I、CH3NH2NH3I中的至少一种，所述第三前驱体的结构式如下式（2）所示，
，
其中，R1是碳原子数为2的直链或支链的烷基；
提供一基体，于所述基体上涂覆所述钙钛矿前驱体溶液并退火，得到二维钙钛矿材料。
6.根据权利要求5所述二维钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述金属卤化物选自PbCl2；所述有机铵盐选自CH3NH3I。
7.根据权利要求5所述二维钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述第一前驱体、所述第二前驱体、所述第三前驱体的摩尔比为n:n-1:1，其中，n=1-4。
8.根据权利要求5所述二维钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.4mmol/L-1.0mmol/L。
9.根据权利要求5所述二维钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为80℃-120℃。
10.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池的吸光层的材料包括权利要求1-4任意一项所述的二维钙钛矿材料。
CN202110025076.XA 2021-01-08 2021-01-08 二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池 Active CN114751908B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110025076.XA CN114751908B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110025076.XA CN114751908B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114751908A CN114751908A (zh) 2022-07-15
CN114751908B true CN114751908B (zh) 2023-08-22

Family

ID=82325613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110025076.XA Active CN114751908B (zh) 2021-01-08 2021-01-08 二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114751908B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115448873B (zh) * 2022-09-16 2023-12-05 南京邮电大学 一种dj相2d钙钛矿材料和制备方法及其应用

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201284A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 国家纳米科学中心 一种基于钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池的集成太阳电池及其制备方法
KR101811243B1 (ko) * 2017-01-13 2018-01-25 포항공과대학교 산학협력단 Pb 이온 누출 방지를 위한 신규한 전도성 화합물, 그를 포함하는 페로브스카이트 태양전지
CN110635040A (zh) * 2019-09-02 2019-12-31 电子科技大学 一种制备双层钙钛矿吸光层的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107210373B (zh) * 2015-01-21 2019-08-13 联邦科学和工业研究组织 形成钙钛矿光活性器件的光活性层的方法
JP6181261B1 (ja) * 2016-09-13 2017-08-16 株式会社東芝 光電変換素子

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104201284A (zh) * 2014-08-29 2014-12-10 国家纳米科学中心 一种基于钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池的集成太阳电池及其制备方法
KR101811243B1 (ko) * 2017-01-13 2018-01-25 포항공과대학교 산학협력단 Pb 이온 누출 방지를 위한 신규한 전도성 화합물, 그를 포함하는 페로브스카이트 태양전지
CN110635040A (zh) * 2019-09-02 2019-12-31 电子科技大学 一种制备双层钙钛矿吸光层的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
云斯宁主编.钙钛矿材料.《新型能源材料与器件》.2019,第125-126页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114751908A (zh) 2022-07-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sajid et al. Breakthroughs in NiOx-HTMs towards stable, low-cost and efficient perovskite solar cells
Yang et al. Recent progress and challenges of organometal halide perovskite solar cells
CN108899420B (zh) 钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿太阳能电池器件
CN109904318B (zh) 一种基于反溶液浴的钙钛矿薄膜制备方法及太阳能电池
Elseman et al. Recent progress concerning inorganic hole transport layers for efficient perovskite solar cells
Raj et al. Recent advancement in inorganic-organic electron transport layers in perovskite solar cell: current status and future outlook
CN107093641A (zh) 一种基于无机平板异质结的薄膜太阳电池及其制备方法
CN108389969B (zh) 一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液
Wang et al. Energy level and thickness control on PEDOT: PSS layer for efficient planar heterojunction perovskite cells
Zong et al. Highly stable hole-conductor-free CH3NH3Pb (I1-xBrx) 3 perovskite solar cells with carbon counter electrode
Wang et al. Enhanced performance and stability of inverted planar perovskite solar cells by incorporating 1, 6-diaminohexane dihydrochloride additive
Chan et al. High-performance perovskite solar cells based on low-temperature processed electron extraction layer
Feng et al. A series of porphyrins as interfacial materials for inverted perovskite solar cells
CN114751908B (zh) 二维钙钛矿材料及其制备方法和太阳能电池
Dong et al. Enhanced performance of TiO2-based planar perovskite solar cells by In2O3 interfacial modification layer
CN114373871A (zh) 叠层电池用高开压宽带隙钙钛矿顶电池的制备方法
Kaleli et al. The production route of the MASnBr3 based perovskite solar cells with fully ultrasonic spray pyrolysis method
CN111403606B (zh) 一种掺杂番茄红素的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111223993B (zh) 一种高开路电压的半透明钙钛矿太阳能电池
Pérez-Gutiérrez et al. Compositional study of mixed halide perovskite films CH3NH3Pb (I1-xBrx) 3 and CH3NH3Pb (I1-xClx) 3 prepared by close space sublimation
CN114122263A (zh) 一种钙钛矿薄膜、太阳能电池器件及其制备方法和应用
CN114447234B (zh) 有机无机杂化钙钛矿表界面处理方法、材料及应用
Jia et al. Polyhydroxy compound modifying SnO2 for high-performance and stable perovskite solar cells
CN108847448B (zh) 一种光伏电池及其制造方法
Mehrabian Optical and photovoltaic properties of ZnS nanocrystals fabricated on Al: ZnO films using the SILAR technique

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