CN114759141B - 一种钙钛矿光活性材料及其制备方法和太阳能电池器件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种钙钛矿光活性材料及其制备方法和太阳能电池器件，以重量份计，钙钛矿光活性材料的前驱体包括5～20份的戊胺碘、40～90份的碘化铅和10～25份的碘甲胺。本发明提供的钙钛矿光活性材料的制备方法包括：将前驱体溶液涂覆于基底表面，退火，得到钙钛矿光活性材料。本发明提供的钙钛矿光活性材料通过戊胺碘、碘化铅和碘甲胺复配，能够提高器件的载流子迁移率和填充因子，进一步提高电池的光电转换效率和重复性。

Description

一种钙钛矿光活性材料及其制备方法和太阳能电池器件
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿光活性材料及其制备方法和太阳能电池器件。
背景技术
随着时代的发展，科技的进步，当今社会人类对能源的需要急剧上升。不可再生能源的产量有限性及破坏环境的有毒性都迫使人们寻求清洁的可再生能源，光伏产业便是可再生能源的重要选择。二十一世纪以来，越来越多的研究者开始关注有机-无机杂化钙钛矿材料并且将其应用在太阳能电池中，作为一种新型的太阳能电池材料，诸多优异性使其迅速成为新能源领域“新星”。
钙钛矿太阳能电池晶体为ABX3结构，一般为立方体或八面体结构。在钙钛矿晶体中，B离子位于立方晶胞的中心，被6个X离子包围成配位立方八面体，配位数为6；A离子位于立方晶胞的角顶，被12个X离子包围成配位八面体，配位数为12，其中，A离子和X离子半径相近，共同构成立方密堆积，不同种类的A离子种类不同，在稳定性、光学性能等方面有很大差异。
例如CN105428539A公开了一种钙钛矿太阳能电池吸收层，所述吸收层的材料包括碘甲胺和碘化铅，通过控制退火时压强气氛，使得包括所述吸收层的太阳能电池的光电性能得以提高。但是，所述吸收层载流子迁移率低，太阳能电池性能效果改善不明显。
CN109065725A公开了一种在钙钛矿层加入表面活性剂制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法，所述钙钛矿太阳能电池由导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极依次堆叠组成，通过在钙钛矿前驱体溶液中加入阳离子表面活性剂并调控阳离子表面活性剂的含量，制备成钙钛矿层，降低了薄膜的表面缺陷，有助于提高钙钛矿太阳能电池的光电性能及其稳定性。但是，所述钙钛矿太阳能电池重复性差。
现有技术中，钙钛矿太阳电池的普遍缺陷是钙钛矿光吸收活性层成核慢，结晶差，填充因子低，载流子迁移率低，导致电池重复性能差，光电转换效率低，效果不佳。
因此，开发一种光电转换效率高、重复性好的钙钛矿太阳能电池，是本领域亟待解决的问题。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种钙钛矿光活性材料及其制备方法和太阳能电池器件，所述钙钛矿光活性材料的前驱体中引入戊胺碘，通过戊胺碘、碘化铅和碘甲胺复配，能够使得太阳能电池光电转换效率高且重复性好。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种钙钛矿光活性材料，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括5～20份的戊胺碘、40～90份的碘化铅和10～25份的碘甲胺。
本发明中，通过戊胺碘、碘化铅和碘甲胺配位形成钙钛矿光活性材料，引入分子间范德华力较强的戊胺碘间隔物促进了钙钛矿前驱体溶液中的聚集，从而促进了相成分分别向钙钛矿薄膜的底部和顶部生长，从而改变了垂直相分布。采用戊胺碘间隔物可以得到有利的垂直相位排列，能够实现电荷快速转移和抑制陷阱辅助，从而提高了载流子迁移率，进一步提高了太阳能电池的光电转换效率和重复性。
优选地，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括5～20份的戊胺碘，例如可以为8份、10份、12份、14份、16份、18份等。
本发明中，所述戊胺碘的份数小于5份，会导致电子传输障碍并导致器件效率降低，大于20份，会导致提高电池的迟滞效应，降低电池整体的稳定性。
优选地，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括40～90份的碘化铅，例如可以为42份、45份、48份、50份、52份、55份、58份、60份、64 份、68份、70份、74份、78份、80份、84份、88份等。
优选地，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括10～25份的碘甲胺，例如可以为12份、14份、16份、18份、20份、22份、24份等。
作为本发明优选的技术方案，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括5～10份的戊胺碘、40～50份的碘化铅和10～15份的碘甲胺。
第二方面，本发明提供一种根据第一方面所述的钙钛矿光活性材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
将前驱体溶液涂覆于基底表面，退火，得到所述钙钛矿光活性材料。
优选地，所述前驱体溶液的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合物。
优选地，所述N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为(9～70):1，例如可以为10:1、20:1、30:1、40:1、50:1、60:1、65:1等，进一步优选为(30～35):1。
本发明中，通过调整N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比，使得戊胺碘、碘化铅和碘甲胺之间的配位达到均衡，成核得到改善，拓宽了钙钛矿光活性材料的吸收光谱，优化了钙钛矿光活性材料的形貌，提升器件载流子迁移率，并且N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜溶液成本低廉，无毒，有利于降低生产成本，促进商业化。
本发明中，所述N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比小于9:1，则会导致二甲基亚砜与碘化铅配位且残留多余的二甲基亚砜，多余的二甲基亚砜在旋涂时会影响薄膜的结晶质量，导致器件效率降低；大于70:1，则过量的N,N-二甲基甲酰胺在旋涂时会阻碍成膜时的晶相分布，导致薄膜表面相分布并非垂直于基底，增加了器件的迟滞效应。
优选地，所述前驱体溶液中前驱体的浓度为0.5～1.5mg/μL，例如可以为0.6 mg/μL、0.8mg/μL、1mg/μL、1.2mg/μL、1.4mg/μL等，进一步优选为0.5～0.8 mg/μL。
本发明中，所述前驱体溶液的制备方法包括：将戊胺碘、碘化铅和碘甲胺溶解于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，搅拌，得到所述前驱体溶液。
优选地，所述搅拌在室温下进行。
优选地，所述搅拌的时间为18～24h，例如可以为19h、20h、21h、22h、 23h等。
优选地，所述搅拌后还包括过滤的步骤。
优选地，所述涂覆前还包括将基底进行预热的步骤。
优选地，所述预热的温度为60～100℃，例如可以为65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃、95℃等。
优选地，所述预热的时间为8～12min，例如可以为9min、10min、11min 等。
优选地，所述涂覆的方法包括旋涂。
优选地，所述旋涂的转速为4000～5000rpm，例如可以为4200rpm、4400rpm、4600rpm、4800rpm等。
优选地，所述旋涂的时间为15～20s，例如可以为16s、17s、18s、19s等。
优选地，所述旋涂在手套箱中进行。
优选地，所述旋涂在保护气氛中进行。
优选地，所述保护气氛为氮气。
优选地，所述退火的温度为90～110℃，例如可以为95℃、100℃、105℃等。
优选地，所述退火的时间为5～15min，例如可以为6min、7min、8min、9 min、10min、11min、12min、13min、14min等。
第三方面，本发明提供一种太阳能电池器件，所述太阳能电池器件包括依次层叠的第一电极、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和第二电极；所述钙钛矿光活性层包括如第一方面所述的钙钛矿光活性材料。
优选地，所述第一电极的材料包括氧化铟锡。
优选地，所述空穴传输层的材料包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]。
优选地，所述空穴传输层的厚度为20～30nm，例如可以为21nm、22nm、 23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm等。
优选地，所述钙钛矿光活性层的厚度为300～350nm，例如可以为305nm、 310nm、315nm、320nm、325nm、330nm、335nm、340nm、345nm等。
优选地，所述电子传输层的厚度为20～35nm，例如可以为21nm、22nm、 23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm、30nm、32nm、34nm 等。
优选地，所述电子传输层包括依次层叠的富勒烯层和2,9-二甲基-4,7-二苯基 -1,10-菲啰啉层。
优选地，所述富勒烯层靠近钙钛矿光活性层。
优选地，所述富勒烯层的厚度为15～25nm，例如可以为16nm、17nm、18 nm、19nm、20nm、21nm、22nm、23nm、24nm等。
优选地，所述2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层的厚度为5～10nm，例如可以为6nm、7nm、8nm、9nm等。
优选地，所述第二电极为金属电极。
优选地，所述第二电极的材料包括银和/或金。
优选地，所述第二电极的厚度为60～100nm，例如可以为65nm、70nm、 75nm、80nm、85nm、90nm、95nm等。
第四方面，本发明提供一种根据第三方面所述的太阳能电池器件的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
在第一电极表面依次设置空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和第二电极，退火，得到所述太阳能电池器件。
优选地，所述第一电极在使用前要进行清洁的步骤。
优选地，所述清洁包括采用溶剂进行清洗和采用臭氧进行清洁。
本发明中，所述第一电极在采用溶剂清洗前还包括采用洗洁精反复搓洗。
优选地，所述溶剂包括水和有机溶剂。
优选地，所述清洗在超声仪器中进行。
优选地，所述清洗包括依次采用清水、超纯水、丙酮和异丙醇进行清洗。
优选地，所述采用臭氧进行清洁的设备为紫外臭氧清洁机。
优选地，所述第一电极进行清洁的时间为150～250min，例如可以为155min、160min、165min、170min、175min、180min、185min、190min、195min、 200min、210min、220min、230min、240min、245min等。
本发明中，对第一电极进行清洁包括在清水中清洗25～35min，例如可以为28min、30min、32min、34min等。
优选地，所述第一电极在超纯水中清洗的时间为40～50min，例如可以为42 min、45min、48min、50min等。
优选地，所述第一电极在丙酮中清洗的时间为45～55min，例如可以为46 min、48min、52min、54min等。
优选地，所述第一电极在异丙醇中清洗的时间为55～65min，例如可以为56 min、58min、62min、64min等。
优选地，所述第一电极在紫外臭氧清洁机中清洗的时间为10～20min，例如可以为12min、14min、16min、18min等。
优选地，所述退火的温度为40～80℃，例如可以为45℃、50℃、55℃、60℃、 65℃、70℃、75℃等。
优选地，所述退火的时间为40～80h，例如可以为45h、50h、55h、60h、 65h、70h、75h等。
优选地，得到所述空穴传输层的方法包括：将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液涂覆于第一电极的表面，退火，得到所述空穴传输层。
优选地，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液的溶剂包括甲苯。
优选地，所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液的浓度为1～2mg/mL，例如可以为1.2mg/mL、1.4mg/mL、1.5mg/mL、1.6mg/mL、1.8mg/mL等。
优选地，所述涂覆的方法为旋涂。
优选地，所述旋涂的转速为5000～7000rpm，例如可以为5500rpm、6000rpm、6200rpm、6400rpm、6800rpm等。
优选地，所述旋涂的时间为20～40s，例如可以为25s、30s、35s等。
优选地，得到所述空穴传输层退火的温度为90～110℃，例如可以为95℃、 100℃、105℃等。
优选地，得到所述空穴传输层退火的时间为8～12min，例如可以为9min、 10min、11min等。
优选地，所述空穴传输层的制备在手套箱中进行。
优选地，所述空穴传输层的制备在保护气氛中进行。
优选地，所述保护气氛为氮气。
本发明中，通过在充满氮气的手套箱中制备电池器件，受环境变化影响小，使得电池的重复性能得到极大改善。
优选地，得到所述电子传输层的方法包括：在钙钛矿光活性层的表面依次蒸镀富勒烯和2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉，得到所述电子传输层。
优选地，所述蒸镀的设备为真空蒸镀仪。
优选地，所述真空蒸镀仪的真空度为(0.8～1)×107Pa，例如可以为0.8×107 Pa、0.9×107Pa、1×107Pa、1.1×107Pa等。
优选地，得到所述第二电极的方法包括：在电子传输层的表面蒸镀金属，得到所述第二电极。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括以下步骤：
(1)将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液涂覆于第一电极的表面，在温度为90～110℃的条件下退火8～12min，得到厚度为20～30nm的空穴传输层；
(2)将步骤(1)得到的空穴传输层在60～100℃的条件下预热8～12min后，在空穴传输层远离第一电极的表面旋涂前驱体溶液，在温度为90～110℃的条件下退火5～15min，得到厚度为300～350nm的钙钛矿光活性层；
(3)在步骤(2)得到的钙钛矿光活性层的表面依次蒸镀富勒烯和2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉，得到厚度为20～35nm的电子传输层；随后在电子传输层表面蒸镀金属，在温度为40～80℃的条件下退火40～80h，得到所述太阳能电池器件。
本发明中，通过退火工艺，使得钙钛矿相沿垂直于衬底的生长方向有序排列，从而缓解了量子阱引起的势垒；并且退火处理有效地改善了2D钙钛矿薄膜的晶体取向，通过抑制太阳能电池中的非平衡载流子复合来促进电荷传输和电荷扫出，提高了太阳能电池的光电转换效率。
本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中，通过在钙钛矿光活性材料中引入戊胺碘，通过特定配比的戊胺碘、碘化铅和碘甲胺形成钙钛矿光活性层，提升了器件的载流子迁移率和填充因子，使得太阳能电池的光电转换效率得以提高，重复性好。本发明中，所述太阳能电池器件的填充因子大于77％，光电转换效率大于18％，电压大于等于 1.24V。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的太阳能电池器件的结构示意图；
其中，1-第一电极，2-空穴传输层，3-钙钛矿光活性层，4-电子传输层，5- 第二电极。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
本发明中实施例和对比例使用的材料如下：
钙钛矿光活性层前驱体溶液：在充有氮气的手套箱中用天平称取戊胺碘、碘化铅和碘甲胺，溶解于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶液中，搅拌20h 后，采用滤头粒径大小为5μm的疏水滤头过滤，待用。
聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]：厂家西安宝莱特光电科技有限公司。
氧化铟锡透明导电玻璃：西安宝莱特光电科技有限公司。
实施例1
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括8.6份戊胺碘，41.5份碘化铅和11.1份碘甲胺。
本实施例提供一种太阳能电池器件，所述太阳能电池器件的结构示意图如图1所示，包括依次设置的第一电极1(氧化铟锡透明导电玻璃，厚度为5mm)、空穴传输层2(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层，厚度为25nm)、钙钛矿光活性层3(厚度为320nm)、电子传输层4(厚度为28nm)和第二电极5(银层，厚度为80nm)；所述电子传输层包括厚度为20nm的富勒烯层和厚度为8nm 的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层；其中富勒烯层靠近钙钛矿光活性层。
本实施例提供一种所述太阳能电池器件的制备方法，具体包括以下步骤：
(1)将氧化铟锡透明导电玻璃用洗洁精反复搓洗后，在超声仪器中，依次采用清水清洗30min，超纯水清洗45min，丙酮清洗50min，异丙醇清洗60min，随后，在紫外臭氧清洗机清洁15min后，在充有氮气的手套箱中，将聚[双(4- 苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液(溶剂为甲苯，浓度为1.5mg/mL)旋涂于氧化铟锡透明导电玻璃的表面，旋涂转速为6000rpm，时间为30s；在温度为110℃的条件下退火10min，得到厚度为25nm的空穴传输层；
(2)将步骤(1)得到的空穴传输层在80℃的条件下预热10min后，在空穴传输层远离氧化铟锡透明导电玻璃的表面旋涂前驱体溶液(溶剂为970μL N,N-二甲基甲酰胺和30μL二甲基亚砜的混合溶液)，旋涂转速为4200rpm，时间为18s；在温度为100℃的条件下退火10min，得到厚度为320nm的钙钛矿光活性层；
(3)在真空度为1×107Pa的真空蒸镀仪中，在步骤(2)得到的钙钛矿光活性层的表面依次蒸镀富勒烯C60和2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉，得到包括厚度为20nm的富勒烯C60层和厚度为8nm的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层的电子传输层；随后在电子传输层表面蒸镀金属银，在60℃的条件下退火60h，得到所述太阳能电池器件。
实施例2
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括17.2份戊胺碘，83份碘化铅和22.2份碘甲胺。
本实施例提供一种太阳能电池器件，所述太阳能电池器件包括依次设置的第一电极(氧化铟锡透明导电玻璃，厚度为5mm)、空穴传输层(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]层，厚度为25nm)、钙钛矿光活性层(厚度为320nm)、电子传输层(厚度为28nm)和第二电极(银层，厚度为80nm)；所述电子传输层包括厚度为20nm的富勒烯层和厚度为8nm的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10- 菲啰啉层；其中富勒烯层靠近钙钛矿光活性层。
本实施例提供一种所述太阳能电池器件的制备方法，其与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中前驱体溶液的溶剂包括1940μL N,N-二甲基甲酰胺和60μL 二甲基亚砜的混合溶液，其它步骤及参数均与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括8.6份戊胺碘，41.5份碘化铅和11.1份碘甲胺。
本实施例提供一种太阳能电池器件，其与实施例1的区别仅在于，所述第二电极的材料为金，其它结构、组分及用量均与实施例1相同。
本实施例提供一种所述太阳能电池器件的制备方法，其与实施例1的区别仅在于，步骤(3)中在电子传输层表面蒸镀金属金，其它步骤及参数均与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料，以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括17.2份戊胺碘，83份碘化铅和22.2份碘甲胺。
本实施例提供一种太阳能电池器件，其与实施例2的区别仅在于，所述第二电极材料为金，其它结构、组分及用量均与实施例2相同。
本实施例提供一种所述太阳能电池器件的制备方法，其与实施例2的区别仅在于，步骤(3)中在电子传输层表面蒸镀金属金，其它步骤及参数均与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料，其与实施例1的区别仅在于，所述钙钛矿光活性材料的前驱体中戊胺碘的份数为2份，其它组分及用量均与实施例1相同。
本实施例提供一种太阳能电池器件，其结构、厚度均与实施例1相同。
本实施例提供一种所述太阳能电池器件的制备方法，具体步骤与实施例1 相同。
实施例6
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料，其与实施例1的区别仅在于，所述钙钛矿光活性材料的前驱体中戊胺碘的份数为30份，其它组分及用量均与实施例1相同。
本实施例提供一种太阳能电池器件，其结构、厚度均与实施例1相同。
本实施例提供一种所述太阳能电池器件的制备方法，具体步骤与实施例1 相同。
实施例7
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料及太阳能电池器件，其与实施例1的区别仅在于，所述太阳能电池器件的制备方法中步骤(2)前驱体溶液的溶剂包括900μL N,N-二甲基甲酰胺和100μL二甲基亚砜的混合溶液，其它结构、组分、用量及步骤参数均与实施例1相同。
实施例8
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料及太阳能电池器件，其与实施例1的区别仅在于，所述太阳能电池器件的制备方法中步骤(2)前驱体溶液的溶剂包括985μL N,N-二甲基甲酰胺和15μL二甲基亚砜的混合溶液，其它结构、组分、用量及步骤参数均与实施例1相同。
实施例9
本实施例提供一种钙钛矿光活性材料及太阳能电池器件，其与实施例1的区别仅在于，所述太阳能电池器件的制备方法中步骤(3)蒸镀金属银后，没有退火的步骤，其它组分、用量及制备方法均与实施例1相同。
对比例1
本对比例提供一种钙钛矿光活性材料，其与实施例1的区别仅在于，所述钙钛矿光活性材料的前驱体中没有戊胺碘，其它组分及用量均与实施例1相同。
本对比例提供一种太阳能电池器件，其结构、厚度均与实施例1相同。
本对比例提供一种太阳能电池器件的制备方法，具体步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供一种钙钛矿光活性材料，其与实施例1的区别仅在于，所述钙钛矿光活性材料的前驱体中没有戊胺碘，所述碘甲胺的份数为19.7份，其它组分及用量均与实施例1相同。
本对比例提供一种太阳能电池器件，其结构、厚度均与实施例1相同。
本对比例提供一种太阳能电池器件的制备方法，具体步骤与实施例1相同。
对比例3
本对比例提供一种钙钛矿光活性材料，其与实施例1的区别仅在于，所述钙钛矿光活性材料的前驱体中将戊胺碘替换为碘化苯乙胺，其它组分及用量均与实施例1相同。
本对比例提供一种太阳能电池器件，其结构、厚度均与实施例1相同。
本对比例提供一种太阳能电池器件的制备方法，具体步骤与实施例1相同。
性能测试
(1)开路电压(Voc)：一个太阳光模拟照射后加载在器件两端的最大电压就是开路电压(Voc)，采用美国吉时利公司的4200-SCS仪器进行测试。
(2)短路电流(Jsc)：短路电流(Jsc)是指在电池的电路中电子定向移动的的值，但是器件的正负极的电势差为0，采用美国吉时利公司的 4200-SCS仪器进行测试。
(3)填充因子(FF)：FF＝(Imax×Vmax)/(Jsc×Voc)×100，其中，Imax及Vmax是电池器件在最大功率点的电流值和电压值。
(4)光电转换效率(PCE)：PCE＝(Jsc×Voc×FF)/Pin×100；其中，Pin为太阳光入射功率。
(5)重复性：通过统计同一批次的36个太阳能电池器件中光电转换效率大于18％的太阳能电池器件个数；重复性＝光电转换效率大于18％的太阳能电池器件个数/36×100。
具体测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003579852720000151
由上表可知，本发明提供的钙钛矿光活性材料，通过戊胺碘、碘化铅和碘甲胺复配，提高了器件的载流子迁移率和填充因子，从而进一步提高了电池的光电转换效率和重复性，成品率高。
由实施例1～4可知，所述太阳能电池器件的电压为1.24～1.25V，短路电流密度为18.35～18.75mA/cm2，填充因子为77.02～80.29％，光电转换效率为 18.20～18.44％，重复性为85～95％；由实施例1与实施例5和6比较可知，所述戊胺碘不在特定的含量范围内，所述太阳能电池器件的光电转换效率降低、重复性变差；由实施例1与实施例7和8比较可知，所述N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比并非本发明优选的范围，所述太阳能电池器件的光电转换效率降低；由实施例1与实施例9比较可知，所述太阳能电池器件蒸镀金属后未再次进行退火工艺时，光电转换效率降低；由实施例1与对比例比较可知，所述钙钛矿光活性材料的前驱体并非本发明特定的组合时，所述太阳能电池器件的光电转换效率降低且重复性变差。
综上所述，本发明提供钙钛矿光活性材料及太阳能电池器件，通过引入分子间范德华力较强的戊胺碘间隔物，能够使得电荷快速转移和抑制陷阱辅助，提升载流子迁移率，进一步提高电池的光电转换效率和重复性，并且工艺成熟稳定，对环境友好，有利于商业化。
申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (7)

1.一种太阳能电池器件，其特征在于，所述太阳能电池器件包括依次层叠的第一电极、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和第二电极；
所述钙钛矿光活性层包括钙钛矿光活性材料；
以重量份计所述钙钛矿光活性材料的前驱体包括5~8.6份的戊胺碘、40~50份的碘化铅和10~15份的碘甲胺；
所述钙钛矿光活性材料采用如下方法进行制备，所述方法包括以下步骤：
将前驱体溶液涂覆于基底表面，退火，得到所述钙钛矿光活性材料；
所述前驱体溶液的溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合物；
所述N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为(9~70):1；
所述前驱体溶液中前驱体的浓度为0.5~1.5 mg/μL；
所述涂覆前还包括将基底进行预热的步骤；
所述预热的温度为60~100℃；
所述预热的时间为8~12 min；
所述涂覆的方法包括旋涂；
所述旋涂的转速为4000~5000 rpm；
所述旋涂的时间为15~20 s；
所述旋涂在保护气氛中进行；
所述退火的温度为90~110℃；
所述退火的时间为5~15 min；
所述第一电极的材料包括氧化铟锡；
所述空穴传输层的材料包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]；
所述空穴传输层的厚度为20~30 nm；
所述钙钛矿光活性层的厚度为300~350 nm；
所述电子传输层的厚度为20~35 nm；
所述电子传输层包括依次层叠的富勒烯层和2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉层；
所述富勒烯层靠近钙钛矿光活性层；
所述富勒烯层的厚度为15~25 nm；
所述第二电极为金属电极；
所述第二电极的厚度为60~100 nm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于，所述N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为(30~35):1。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于，所述前驱体溶液中前驱体的浓度为0.5~0.8 mg/μL。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池器件，其特征在于，所述第二电极的材料包括银和/或金。
5.一种根据权利要求1~4任一项所述的太阳能电池器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在第一电极表面依次设置空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和第二电极，退火，得到所述太阳能电池器件。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为40~80℃；
所述退火的时间为40~80 h；
得到所述空穴传输层的方法包括：
将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液涂覆于第一电极的表面，退火，得到所述空穴传输层；
所述聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液的浓度为1~2 mg/mL；
得到所述空穴传输层退火的温度为90~110℃；
得到所述空穴传输层退火的时间为8~12 min；
所述空穴传输层的制备在保护气氛中进行；
得到所述电子传输层的方法包括：在钙钛矿光活性层的表面依次蒸镀富勒烯和2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉，得到所述电子传输层；
得到所述第二电极的方法包括：在电子传输层的表面蒸镀金属，得到所述第二电极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
（1）将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]溶液涂覆于第一电极表面，在温度为90~110℃的条件下退火8~12 min，得到厚度为20~30 nm的空穴传输层；
（2）将步骤（1）得到的空穴传输层在60~100℃的条件下预热8~12 min后，在空穴传输层远离第一电极的表面旋涂前驱体溶液，在温度为90~110℃的条件下退火5~15 min，得到厚度为300~350 nm的钙钛矿光活性层；
（3）在步骤（2）得到的钙钛矿光活性层的表面依次蒸镀富勒烯和2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉，得到厚度为20~35 nm的电子传输层；随后在电子传输层表面蒸镀金属，在温度为40~80℃的条件下退火40~80 h，得到所述太阳能电池器件。
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