CN114759147A - 一种钙钛矿电池的制备方法 - Google Patents

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牛强
赵长森
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Inner Mongolia Erdos Electric Power Metallurgy Group Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿电池的制备方法，包括如下步骤：(1)用酸性水溶液浸泡氧化镍基底，浸泡完成后，对氧化镍基底进行烘干处理；(2)在氧化镍基底上涂敷PbI2溶液，然后再涂敷甲胺碘溶液制成薄膜；(3)薄膜冷却后涂敷电子传输层；(4)蒸镀银电极组装成钙钛矿电池。利用酸性水溶液刻蚀钝化钙钛矿电池器件的传输底层界面，能有效地减少钙钛矿与传输层之间的界面缺陷，降低界面处空穴‑电子的复合速率，从而有效地提升钙钛矿电池的光电转化效率及湿度稳定性。

Description

一种钙钛矿电池的制备方法
技术领域
本发明属于光伏器件制造技术领域，涉及一种钙钛矿电池的制备方法。
背景技术
目前面对能源危机及环境污染，太阳能作为一种可再生能源，成为近几年的研究重点。随着光伏产业应用发展和推广，光伏装机容量和技术迭代创新呈现螺旋式增长。电池技术按发展历程可分为第一代晶硅技术，第二代铜铟镓硒、砷化镓薄膜技术，第三代新型电池技术。在第三代新型电池技术中，原材料来源丰富、高效、低成本的钙钛矿太阳能电池自问世以来被公认为是最有发展潜力的新一代光伏技术之一，目前单节器件最高认证效率已达25.5％；晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池的认证效率已经突破29.5％。
在电池制备技术中，表界面复合一直是影响电池光电转换效率的关键因素之一。为了减少表面复合对电池的影响，相关技术和工艺已相继被研发，其中，在钙钛矿层与传输层界面额外引入一种物质来修饰界面成为减少表界面缺陷的重要策略之一。但额外引入其他物质往往会使工艺更为复杂，而且常常存在界面处难以均匀铺展的现象，使其在钙钛矿电池的大规模生产上存在一定的局限性。
中国专利CN108054282A公开了一种锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池及制备方法。该制备方法主要包括以下内容：(1)以FTO玻璃作为窗口层进行部分刻蚀；(2)制备锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层；(3)制备钙钛矿体异质结薄膜；(4)在钙钛矿层上制备电子传输层；(5)在电子传输层上制备电极修饰层；(6)在电极修饰层上制备金属电极，从而获得太阳能电池。本发明主要通过掺杂锌优化氧化镍纳米颗粒得到与钙钛矿匹配良好的空穴传输层，最后通过组装得到钙钛矿太阳能电池。对所得电池进行电池性能测试，得到光电转换效率最高可达18.9％。尽管本发明制备的空穴传输层相比于传统的空穴传输材料，在电池性能方面有一定的提高，但额外引入的锌使得制备工艺更为复杂且不稳定，因此，探索一种方法简单、稳定性高且光电转化效率高的钙钛矿电池的制备方法就显得尤为重要。
发明内容
本发明提供了一种钙钛矿电池的制备方法，不仅能改变底层薄膜的宏观形貌，促使结构性能的改变，而且通过酸性物质额外引入的阴离子与底层薄膜产生化学作用，从而达到双重减少表界面缺陷的作用，以此来钝化钙钛矿界面，提升钙钛矿电池光电转化效率和湿度稳定性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
首先，提供了一种钙钛矿电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)用酸性水溶液浸泡氧化镍基底，浸泡完成后，对氧化镍基底进行烘干处理；
(2)在氧化镍基底上涂敷PbI2溶液，然后再涂敷甲胺碘溶液制成薄膜；
(3)薄膜冷却后涂敷电子传输层；
(4)蒸镀银电极组装成钙钛矿电池；
步骤(1)中所述酸性水溶液包括非含氧酸和/或含氧酸。
进一步地，步骤(1)中所述酸性水溶液中非含氧酸、含氧酸加入的体积比为0-1:1-2.5。
进一步地，所述非含氧酸包括氢碘酸、氢溴酸、氢氟酸、盐酸的一种或几种，所述含氧酸包括硫酸、硝酸、磷酸、亚磷酸、柠檬酸、草酸、亚硫酸、丙酮酸、亚硝酸、碳酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、硅酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、次氯酸、硼酸、氯酸﹑高氯酸﹑亚氯酸﹑次氯酸的一种或几种；所述含氧酸优选为亚磷酸、甲酸。
进一步地，所述非含氧酸、含氧酸均包括在水溶液中能电离出氢离子的化合物。
进一步地，所述非含氧酸、含氧酸的浓度均为0.1～50mg/mL。
进一步地，步骤(1)中所述氧化镍基底的制备步骤包括：先把水合乙酸镍水溶液涂敷在FTO玻璃上，140-160℃下退火8-13min后，480-520℃下煅烧50-70min；所述水合乙酸镍水溶液的浓度为70-80mg/mL。
进一步地，步骤(1)中所述浸泡的步骤包括：氧化镍基底在酸性水溶液下刻蚀0.5-30min，氮气吹干或者20-70℃下烘4-7min。
进一步地，步骤(2)中所述薄膜的制备步骤包括：先涂敷PbI2溶液，然后再涂敷甲胺碘溶液，最后在105-120℃下退火10min，获得MAPbI3薄膜；所述涂敷为旋涂方式。
进一步地，所述PbI2溶液由PbI2溶于DMSO和DMF的混合溶剂中制得，所述甲胺碘溶液由甲胺碘溶于异丙醇中制得。
进一步地，步骤(3)中所述电子传输层包括萘二酰亚胺、苝二酰亚胺的衍生物、碳60衍生物的一种或多种。
进一步地，基于酸刻蚀钝化的氧化镍基底的钙钛矿薄膜退火冷却之后涂敷电子传输层，蒸镀银电极组装成完整钙钛矿电池。
进一步地，所述制备方法得到的钙钛矿电池在钙钛矿太阳能器件中的应用。
进一步地，上述应用方法如下：采用标准工艺装配钙钛矿太阳能器件后，在标准太阳光辐照度的测试条件下，测试其光电转化效率。
本发明提供了一种钙钛矿电池的制备方法，相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)在以酸性物质刻蚀的基础上引入阴离子，可与钙钛矿的底层物质发生化学反应，减少表面缺陷，从而大幅度提升钙钛矿器件的效率及稳定性；
(2)所使用的酸性水溶液种类众多且来源广泛，不仅包括常规的盐酸、氢氟酸等不含氧酸，也包括硫酸酸、氢硫酸、次氯酸，硼酸、草酸、柠檬酸等众多含有机氧类化合物；
(3)该制备方法简单，原料来源广泛，成本低，可实现工业化大规模生产；
(4)该制备方法制得的钙钛矿电池，光电转化效率可以达到23％以上，且具有较高的湿度稳定性。
附图说明
图1为实施例1亚磷酸、盐酸混合水溶液刻蚀氧化镍底层的SEM图像；
图2为实施例2亚磷酸水溶液刻蚀氧化镍底层的SEM图像；
图3为实施例3甲酸水溶液刻蚀氧化镍底层的SEM图像；
图4为对比例4无刻蚀氧化镍的SEM图像；
图5为电池的稳定性测试曲线图。
具体实施方式
值得说明的是，本发明中使用的原料均为普通市售产品，对其来源不做具体限定。
实施例1
亚磷酸、盐酸混合水溶液刻蚀的氧化镍薄膜的制备
将74.652mg的四水合乙酸镍溶解在1mL的2-甲氧基乙醇中制备氧化镍前驱体溶液，取50uL的氧化镍前驱体溶液涂敷在煅烧处理过的FTO基底上，涂敷转速为35000rpm，涂敷时间35s，然后在150℃下退火10min，冷却至室温后放置于马弗炉中，500℃下煅烧1h；
将上述制备的氧化镍基底放在浓度为1.5mg/mL亚磷酸和浓度为1.65mg/mL盐酸混合水溶液中刻蚀10min，其中亚磷酸和盐酸的体积比为3:1，取出后用氮气气流吹干；其中，亚硫酸水溶液的制备步骤为，称取15mg的亚磷酸盐溶解在10mL的去离子水中，室温搅拌至溶解；图1为对应的亚磷酸、盐酸混合水溶液刻蚀的氧化镍薄膜的SEM图。
太阳能电池的制备
将上述所制备的氧化镍薄膜冷却，然后旋涂聚-3已基噻吩(P3HT)作为空穴层，15mg/mL的氯苯溶液作为溶剂，蒸镀银电极(厚80nm)，装配成钙钛矿太阳能电池进行性能测试(见表1)，电池的有效面积为0.0625cm2。
实施例2
亚磷酸刻蚀的氧化镍薄膜的制备
按实施例1的步骤制备得到的氧化镍基底放在浓度为2mg/mL亚磷酸水溶液中刻蚀10min，取出后用氮气气流吹干；其中，亚硫酸水溶液的制备步骤为，称取20mg的亚磷酸盐溶解在10mL的去离子水中，室温搅拌至溶解。图2为对应的亚磷酸水溶液刻蚀的氧化镍薄膜的SEM图。
太阳能电池的制备
制备及测试方法同实施例1，测试结果见表1。
实施例3
甲酸刻蚀的氧化镍薄膜
按实施例1的步骤制备得到的氧化镍基底放在浓度为0.61mg/mL甲酸水溶液中刻蚀10min，取出后用氮气气流吹干；其中，甲酸水溶液的制备步骤为，取5mL的甲酸溶液用5mL的去离子水进行稀释，摇匀。图3为对应的甲酸水溶液刻蚀的氧化镍薄膜的SEM图。
太阳能电池的制备
制备及测试方法同实施例1，测试结果见表1。
对比例1
无刻蚀氧化镍薄膜的制备
按实施例1的步骤制备得到氧化镍基底，不进行刻蚀；图4为对应的无刻蚀氧化镍薄膜的SEM图。
太阳能电池的制备
制备及测试方法同实施例1，测试结果见表1。
表1基于不同化合物修饰氧化镍的电池性能参数汇总
Figure BDA0003567957590000051
结论：(1)由图4和图1-3对照可得，无刻蚀氧化镍薄膜的外观表面形貌没有发生明显改变，酸性水溶液刻蚀的氧化镍薄膜的外观表面形貌沟壑明显增多；(2)图5是实施例1-3、对比例1采用标准工艺装配钙钛矿太阳能电池后，放置在相对湿度12％±5％的干燥箱中测试其湿度稳定性，从图谱可以看出酸性水溶液处理的界面能明显提升电池的湿度长期稳定性；(3)从表1中可以得到，酸性水溶液处理的界面能明显提升电池的光电转换效率。

Claims (10)

1.一种钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)用酸性水溶液浸泡氧化镍基底，浸泡完成后，对氧化镍基底进行烘干处理；
(2)在氧化镍基底上涂敷PbI2溶液，然后再涂敷甲胺碘溶液制成薄膜；
(3)薄膜冷却后涂敷电子传输层；
(4)蒸镀银电极组装成钙钛矿电池；
步骤(1)中所述酸性水溶液包括非含氧酸和/或含氧酸。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述酸性水溶液中非含氧酸、含氧酸加入的体积比为0-1:1-2.5。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非含氧酸包括氢碘酸、氢溴酸、氢氟酸、盐酸的一种或几种，所述含氧酸包括硫酸、硝酸、磷酸、亚磷酸、柠檬酸、草酸、亚硫酸、丙酮酸、亚硝酸、碳酸、苹果酸、葡萄糖酸、甲酸、乳酸、硅酸、苯甲酸、丙烯酸、乙酸、丙酸、硬脂酸、次氯酸、硼酸、氯酸﹑高氯酸﹑亚氯酸﹑次氯酸的一种或几种；所述含氧酸优选为亚磷酸、甲酸。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述非含氧酸、含氧酸均包括在水溶液中能电离出氢离子的化合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述非含氧酸、含氧酸的浓度均为0.1-50mg/mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述氧化镍基底的制备步骤包括：先把水合乙酸镍水溶液涂敷在FTO玻璃上，140-160℃下退火8-13min后，480-520℃下煅烧50-70min，所述水合乙酸镍水溶液的浓度为70-80mg/mL。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述浸泡的步骤包括：氧化镍基底在酸性水溶液下刻蚀0.5-30min，氮气吹干或者20-70℃下烘4-7min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述薄膜的制备步骤包括：先涂敷PbI2溶液，然后再涂敷甲胺碘溶液，最后在105-120℃下退火10min，获得MAPbI3薄膜；所述涂敷为旋涂方式。
9.根据权利要求1所述的制备方法，步骤(3)中所述电子传输层包括萘二酰亚胺、苝二酰亚胺的衍生物、碳60衍生物的一种或多种。
10.权利要求1-9任一项所述制备方法得到的钙钛矿电池在钙钛矿太阳能器件中的应用。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117615593A (zh) * 2024-01-24 2024-02-27 昆山晟成光电科技有限公司 一种大面积钙钛矿电池氧化镍空穴传输层钝化方法
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