CN115867095A - 钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115867095A CN115867095A CN202211546519.0A CN202211546519A CN115867095A CN 115867095 A CN115867095 A CN 115867095A CN 202211546519 A CN202211546519 A CN 202211546519A CN 115867095 A CN115867095 A CN 115867095A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- perovskite
- precursor solution
- layer
- transport layer
- solar cell
- 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 51
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 38
- XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N hydrogen iodide Chemical compound I XMBWDFGMSWQBCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N Methylamine Chemical compound NC BAVYZALUXZFZLV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- -1 1-benzyl-3-hydroxy pyridine chloride Chemical compound 0.000 claims abstract description 11
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 74
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 38
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 35
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 34
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 32
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 23
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 10
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 8
- 239000012296 anti-solvent Substances 0.000 claims description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 7
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 5
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 3
- 150000003222 pyridines Chemical class 0.000 claims 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 13
- 239000010409 thin film Substances 0.000 abstract description 8
- JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N Pyridine Chemical compound C1=CC=NC=C1 JUJWROOIHBZHMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 5
- UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N pyridine Natural products COC1=CC=CN=C1 UMJSCPRVCHMLSP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 20
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 11
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 10
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 9
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- ZNJRWJSLGMRLAZ-UHFFFAOYSA-N C1(CCC(N1)=O)=O.[Li].FC(F)F.FC(F)F Chemical compound C1(CCC(N1)=O)=O.[Li].FC(F)F.FC(F)F ZNJRWJSLGMRLAZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 8
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 6
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 6
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 5
- JKSIBASBWOCEBD-UHFFFAOYSA-N N,N-bis(4-methoxyphenyl)-9,9'-spirobi[fluorene]-1-amine Chemical compound COc1ccc(cc1)N(c1ccc(OC)cc1)c1cccc2-c3ccccc3C3(c4ccccc4-c4ccccc34)c12 JKSIBASBWOCEBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003599 detergent Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 4
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N [Cu].[Se].[Se].[In] Chemical compound [Cu].[Se].[Se].[In] KTSFMFGEAAANTF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000861 blow drying Methods 0.000 description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 125000003003 spiro group Chemical group 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 6-(4-aminophenyl)sulfonylpyridin-3-amine Chemical class C1=CC(N)=CC=C1S(=O)(=O)C1=CC=C(N)C=N1 XVMSFILGAMDHEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001856 Ethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N Ethyl cellulose Chemical compound CCOCC1OC(OC)C(OCC)C(OCC)C1OC1C(O)C(O)C(OC)C(CO)O1 ZZSNKZQZMQGXPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002841 Lewis acid Substances 0.000 description 1
- 239000002879 Lewis base Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 238000006664 bond formation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 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
- 230000005516 deep trap Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920001249 ethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 235000019325 ethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- AKUCEXGLFUSJCD-UHFFFAOYSA-N indium(3+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Se-2].[Se-2].[In+3].[In+3] AKUCEXGLFUSJCD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 150000007517 lewis acids Chemical class 0.000 description 1
- 150000007527 lewis bases Chemical class 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 description 1
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 description 1
- 150000002892 organic cations Chemical class 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 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 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法，钙钛矿前驱体溶液包括碘化铅、甲基碘化胺、有机溶剂和1‑苄基‑3‑羟基氯化吡啶；钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿层，所述钙钛矿层采用上述钙钛矿前驱体溶液旋涂得到。本发明通过在钙钛矿前驱体溶液的配制过程中加入1‑苄基‑3‑羟基氯化吡啶(1B3HPC)的方法使得钙钛矿层中的薄膜晶粒致密均匀，晶粒尺寸变大，减少晶界数量，提高了钙钛矿层中晶体结构的稳定性，进而提高钙钛矿太阳能电池器件的光电性能和稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着人口的增长，全球对于能源的需求进一步增加。因此，开发新能源非常紧迫，水能和风能需要特定的自然环境条件，核能具有安全隐患，而太阳能具有长期稳定、高能量、低成本、环保等优点，成为当前新能源研究的热点。太阳能取之不尽且无污染，直接利用太阳能的方式有三种，分别是光能转化为电能、热能和化学能，其中发电最具潜力。自从1839年发现光伏效应以来，人们便开始了太阳能电池的研究。1957年，制造出了第一块单晶硅太阳能电池。如今的太阳能电池已经经历了三代的更迭，如图1所示，第一代是硅基太阳能电池，也是发展最久，制备工艺最为成熟的一代电池。二代太阳能电池是以各种薄膜为基底制造出的电池，相比与第一代电池，所需材料质量少很多，且易于大规模生产，其代表是铜铟镓硒和砷化镓电池。铜铟镓硒的光电性能很好且不存在光致衰退，但是由于铟硒储量低，比较稀有，应用很受限制。砷化镓的理论PCE能达到28％，但受其磊晶技术制造和镓元素稀缺导致的成本高昂和含有有毒砷元素的约束，商业化很难发展。
因此，需要进一步开发新型光伏电池，以满足低成本和高效率的需求。钙钛矿材料是由阳离子(A)、二价金属阳离子(B)以及卤素离子(X)组成的具有ABX3分子结构的一类材料。钙钛矿太阳能电池是利用有机金属卤化物钙钛矿层作为吸光材料，通过光电效应，直接将光能转化为电能，属于第三代的太阳能电池。其工作原理是当光照射在器件上，钙钛矿层价带上的电子会吸收光能，跃迁到导带，从而形成光生电子-空穴，电子流向电子传输层，空穴流向空穴传输层，形成回路，产生电流。经过十年的发展，PSC的PCE从一开始的3.9％快速升高到已经超过25％。
理想晶体结构中的每个原子都有自己相应的位置，而实际的晶体结构都会受到晶体生长及其后处理过程的影响而产生缺陷。这些缺陷会在禁带中引入过渡能级，当过渡能级靠近价带或者导带时形成浅能级缺陷。被浅能级陷阱捕获的载流子很容易脱陷，因此浅能级缺陷对载流子复合影响较小。当过渡能级位于禁带中间1/3范围时会形成深能级缺陷，它们会牢固捕获电子或空穴，形成复合中心，这样不利于钙钛矿中载流子的提取,并且会严重影响电导率、载流子迁移率和载流子的寿命。
现有技术制备的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿层存在两个关键问题，第一个问题是钙钛矿的原始薄膜薄膜晶粒尺寸小，存在大量晶界，且晶界处为缺陷富集区，阻碍载流子传输，影响器件寿命和电流密度；第二个问题是钙钛矿存在大量缺陷，缺陷主要来源于钙钛矿层表界面有低配位的Pb2+、卤素离子以及空位。
发明内容
本发明针对现有钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿层中的原始薄膜薄膜晶粒尺寸小和大量缺陷的存在，阻碍了钙钛矿中载流子的传输，并严重影响了钙钛矿太阳能电池的使用寿命和光电性能的技术问题，目的在于提供一种能使钙钛矿层的晶粒尺寸得到增大、电池使用寿命和光电性能得到提高的的钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
本发明的目的之一在于提供一种钙钛矿前驱体溶液，其包括碘化铅、甲基碘化胺和有机溶剂，所述钙钛矿前驱体溶液还包括1-苄基-3-羟基氯化吡啶。
较佳地是，所述碘化铅浓度(PbI2)为1～1.5mol/L，优选1mol/L；所述甲基碘化胺(MAI)的浓度为1～1.5mol/L，优选1mol/L；所述1-苄基-3-羟基氯化吡啶(1B3HPC)的浓度为0.03～0.05mol/L，优选0.03mol/L；
所述有机溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述二甲基甲酰胺与所述二甲基亚砜的混合体积比为5：1～9：1。
本发明的另一目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿层，所述钙钛矿层采用所述钙钛矿前驱体溶液旋涂得到。
较佳地是，所述钙钛矿太阳能电池从下到上依次包括：玻璃基板、电子传输层和钙钛矿层。
较佳地是，所述钙钛矿太阳能电池在所述钙钛矿层之上还依次包括：空穴传输层和金属电极。
较佳地是，所述钙钛矿太阳能电池在所述钙钛矿层之上还包括：碳电极。
本发明的再一目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、清洗玻璃基板；
S2、在所述玻璃基板上制备所述电子传输层；
S3、配制所述钙钛矿前驱体溶液；
S4、将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，退火处理后得到所述钙钛矿层。
较佳地是，所述方法还包括如下步骤：
S5a、将空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的所述钙钛矿层上，充分氧化后得到所述空穴传输层；
S6、在所述空穴传输层上蒸镀所述金属电极。
较佳地是，所述方法还包括如下步骤：
S5b、在步骤S4得到的所述钙钛矿层上刮涂碳浆，退火处理后得到所述碳电极。
较佳地是，步骤S3中的配制所述钙钛矿前驱体溶液是指：将1～1.5mmol碘化铅和1～1.5mmol甲基碘化胺溶解于1mL有机溶剂中，后加入0.03mmol～0.05mmol 1-苄基-3-羟基氯化吡啶充分搅拌得到所述钙钛矿前驱体溶液；
所述有机溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的混合溶液，所述二甲基甲酰胺与所述二甲基亚砜的混合体积比为5：1～9：1；
所述充分搅拌是指在常温下搅拌5～8h；
步骤S4中的将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上是指：先以1000～1800r/min的速度将所述钙钛矿前驱体溶液低速旋涂于1×1cm2所述电子传输层上10～15s，后以3500～5000r/min的速度将所述钙钛矿前驱体溶液高速旋涂于1×1cm2所述电子传输层上25～35s；
所述钙钛矿前驱体溶液的旋涂用量为50～70μL/cm2；
在高速旋涂6～8s期间滴加反溶剂氯苯，所述反溶剂氯苯的滴加量与所述钙钛矿前驱体溶液的旋涂用量为2：3；
所述退火处理是指在100～120℃退火10～20min。
较佳地是，步骤S1中的清洗玻璃基板是指将玻璃基板依次在乙醇、洗涤剂、超纯水、异丙醇、乙醇浸泡中超声清洗10～30min，后用氮气吹干清洗完的玻璃基板；所述玻璃基板选自氧化铟锡和FTO中的一种。
较佳地是，步骤S2中的所述电子传输层选自氧化锡、二氧化钛、氧化锌中的一种；在所述玻璃基板上制备所述电子传输层的制备方法选自溶剂浴法、旋涂法、刮涂法、丝网印刷、喷涂、狭缝涂布和气相沉积中的一种。
较佳地是，步骤S5a中的空穴传输层用溶液为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro)溶液；
所述空穴传输层用溶液的制备方法包括：将500～600mg双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶解于1～3mL乙腈(ACN)得到双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶液，后向70～80mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴中加入16～20μL所述双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶液、20～30μL四-叔丁基吡啶以及1～3mL氯苯(CB)，充分溶解得到所述空穴传输层用溶液；
将所述空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的所述钙钛矿层上的旋涂速度为3000～5000r/min，旋涂时间为20～30s；
所述充分氧化的氧化时间为10～25h。
较佳地是，步骤S5b中的退火处理是指在100～120℃退火20～40min。
较佳地是，步骤S6中的所述金属电极选自银、金、铜、铝中的一种；
在步骤S5a得到的所述空穴传输层上镀上的所述金属电极厚度为60～200nm。
本发明的积极进步效果在于：
本发明通过在钙钛矿前驱体溶液的配制过程中加入添加剂1-苄基-3-羟基氯化吡啶(1B3HPC)的方法能有效解决现有技术制备的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿层存在的两个问题。1B3HPC中的Cl-能和PbI2配位，增加溶解度，羟基能和MA以及I形成氢键，延缓钙钛矿的成核结晶，使退火后得到的钙钛矿层中的薄膜晶粒致密均匀，晶粒尺寸变大，减少晶界数量，从而提高钙钛矿层中晶体结构的稳定性。同时，1B3HPC中的吡啶官能团作为路易斯碱，能够钝化表面上作为路易斯酸的低配位Pb2+，生成路易斯加合物，这种加合物的形成可以减少非辐射复合并提高载流子寿命，提高钙钛矿太阳能电池器件的光电性能和稳定性。此外，1B3HPC中的羟基与有机阳离子形成的氢键能抑制离子迁移，进一步提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。
附图说明
图1为本发明的实施例1和实施例3制备的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实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功效。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。
本发明的添加剂钝化的钙钛矿太阳能电池包括两种结构：第一结构从下到上依次为玻璃基板/电子传输层/钙钛矿层/空穴传输层/金属电极，第二结构从下到上依次为玻璃基板/电子传输层/钙钛矿层/碳电极。
实施例1～8采用加有1B3HPC的钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿太阳能电池，其中实施例1～3如下所述，实施例4～8的制备过程与实施例1～3对应一致，实验参数如表2所示
实施例1：制备电池结构依次为ITO、二氧化锡、钙钛矿层、空穴传输层和银电极的钙钛矿太阳能电池，所用玻璃基板为氧化铟锡(ITO)，具体结构如图1中1a图所示，具体步骤如下：
步骤S1、清洗玻璃基板。将1×1cm2氧化铟锡(ITO)玻璃基板依次在200mL乙醇、洗涤剂、超纯水、异丙醇和乙醇浸泡中超声清洗15min，后用氮气吹干清洗完的玻璃基板。
步骤S2、在所述玻璃基板上制备所述电子传输层。将200μL二氧化锡(SnO2)15wt％水分散液与1mL超纯水混合，充分搅拌后得到氧化锡溶液，后取60μL氧化锡溶液涂布于紫外臭氧处理15min后的1×1cm2的ITO玻璃基板上，在180℃下退火30min得到二氧化锡电子传输层。
步骤S3、配制所述钙钛矿前驱体溶液。称取1mmol碘化铅(PbI2)和1mmol甲基碘化胺(MAI)溶于100μL二甲基亚砜(DMSO)和900μL二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂(混合溶剂总量为1mL)中，所用混合溶剂中二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)的体积比为9：1，加入0.03mmol的1B3HPC，充分搅拌形成钙钛矿前体溶液，搅拌时间为8h。
步骤S4、将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，退火处理后得到所述钙钛矿层。将沉积有步骤S2中的电子传输层的玻璃基板在SC-UV-I型紫外臭氧清洗机中清洗15min后，于1×1cm2所述电子传输层表面旋涂60μL所述钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿层，旋涂分为两个步骤，首先第一步低速旋涂以1000r/min的速度旋涂10s，第二步高速旋涂以4000r/min的速度30s，在高速旋涂6～7s内于1×1cm2所述电子传输层上滴加150μL反溶剂氯苯，然后在100℃退火10min得到1×1cm2的钙钛矿层。
步骤S5a、将空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的所述钙钛矿层上，充分氧化后得到所述空穴传输层。空穴传输层用溶液为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液，制备方法为：将520mg双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶解于1mL乙腈得到双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶液，后向72.3mg2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴中加入17.5μL双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶液、28.8μL四-叔丁基吡啶以及1mL氯苯，充分溶解得到空穴传输层用溶液，后取60μL空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的1×1cm2钙钛矿层上，旋涂速度为3000r/min，旋涂时间为30s，再进行充分氧化20h得到实施例1的钙钛矿太阳能电池中的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro)空穴传输层。
步骤S6、在所述空穴传输层上蒸镀所述金属电极。将银电极通过ZHDS400型蒸镀机蒸镀，在高真空中蒸发银金属以镀到步骤S5a中的空穴传输层上得到实施例1的钙钛矿太阳能电池中的银电极，银电极的厚度为200nm。
实施例2：制备电池结构依次为FTO、致密层氧化钛、介孔层氧化钛、钙钛矿层、空穴传输层和银电极的钙钛矿太阳能电池，所用玻璃基板为氟掺杂氧化锡(FTO基板)。
步骤S1、清洗玻璃基板。将1×1cm2FTO玻璃基板依次在200mL乙醇、洗涤剂、超纯水、异丙醇和乙醇浸泡中超声清洗15min，后用氮气吹干清洗完的玻璃基板。
步骤S2、在所述玻璃基板上制备所述电子传输层。采用水解法制备致密二氧化钛层：在10mL的无水乙醇中加入70μL的2mol/L盐酸水溶液和750mL的钛酸异丙酯，充分搅拌制得氧化钛前体溶液。将紫外臭氧处理15min后的FTO基板置于KW-4型匀胶机上，滴加60μL氧化钛前体溶液并以4000r/min的转速旋涂30s，后在150℃下退火15min后转移至SX2-12-10马弗炉内500℃退火1h。然后称取2.845g P25二氧化钛，1.425g乙基纤维素，11.538g松油醇以及63.222g乙醇球磨24h得到二氧化钛浆料，将浆料以3000r/min涂布到致密层二氧化钛表面，在500℃退火1h形成介孔层二氧化钛。
步骤S3、配制所述钙钛矿前驱体溶液。称取1mmol碘化铅(PbI2)和1mmol甲基碘化胺溶于100μL二甲基亚砜(DMSO)和900μL二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，加入0.03mmol的1B3HPC，充分搅拌形成钙钛矿前体溶液，搅拌时间为8h。
步骤S4、将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，退火处理后得到所述钙钛矿层。将沉积有步骤S2中的电子传输层的玻璃基板在SC-UV-I型紫外臭氧清洗机中清洗15min后，于1×1cm2步骤S2得到的电子传输层即介孔层二氧化钛层表面旋涂60μL钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿层，旋涂分为两个步骤，首先第一步低速旋涂以1000r/min的速度旋涂10s，第二步高速旋涂以4000r/min的速度30s，在高速旋涂6～7s内于1×1cm2所述介孔层二氧化钛层上滴加150μL的反溶剂氯苯，然后在100℃退火10min得到1×1cm2的钙钛矿层。
步骤S5a、将空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的所述钙钛矿层上，充分氧化后得到所述空穴传输层。所述空穴传输层用溶液为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液，制备方法为：将520mg双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶解于1mL乙腈，后向72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴中加入17.5μL双三氟甲烷黄酰亚胺锂溶液、28.8μL四-叔丁基吡啶以及1mL氯苯，充分溶解得到空穴传输层用溶液。后取60μL空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的1×1cm2钙钛矿层上，旋涂速度为3000r/min，旋涂时间为30s，再进行充分氧化20h得到实施例2的钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层。
步骤S6、在所述空穴传输层上蒸镀所述金属电极。将银电极通过ZHDS400型蒸镀机，在高真空中蒸发银金属以镀到步骤S5a中的空穴传输层上得到实施例2的钙钛矿太阳能电池中的银电极，银电极的厚度为200nm。
实施例3：制备电池结构依次为ITO、二氧化锡、钙钛矿层和碳电极的钙钛矿太阳能电池，所用玻璃基板为氧化铟锡(ITO)，具体如图1中1b图所示，具体制备步骤如下。
步骤S1、清洗玻璃基板。将1×1cm2氧化铟锡(ITO)玻璃基板依次在200mL乙醇、洗涤剂、超纯水、异丙醇和乙醇浸泡中超声清洗15min，后用氮气吹干清洗完的玻璃基板。
步骤S2、在所述玻璃基板上制备所述电子传输层。将200μL二氧化锡(SnO2)15wt％水分散液与1mL超纯水混合，充分搅拌后得到氧化锡溶液，后取60μL氧化锡溶液涂布于紫外臭氧处理15min后的1×1cm2ITO玻璃基板上，在180℃下退火30min得到二氧化锡电子传输层。
步骤S3、配制所述钙钛矿前驱体溶液。称取1mmol碘化铅(PbI2)和1mmol甲基碘化胺溶于100μL二甲基亚砜(DMSO)和900μL二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂中，加入0.03mmol的1B3HPC，充分搅拌形成钙钛矿前体溶液，搅拌时间为8h。
步骤S4、将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，退火处理后得到所述钙钛矿层。将沉积有步骤S2中的电子传输层的玻璃基板在SC-UV-I型紫外臭氧清洗机中清洗15min后旋涂,于1×1cm2所述电子传输层表面旋涂60μL钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿层，旋涂分为两个步骤，首先第一步低速旋涂以1000r/min的速度旋涂10s，第二步高速旋涂以4000r/min的速度30s，在高速旋涂6～7s内于1×1cm2所述电子传输层上滴加150μL反溶剂氯苯，然后在100℃退火10min得到1×1cm2钙钛矿层。
S5b、在步骤S4得到的所述钙钛矿层上刮涂碳浆，退火处理后得到所述碳电极。用载玻片蘸取少量碳浆直接刮涂到步骤S4得到的钙钛矿层的表面，以完全覆盖整个钙钛矿层表面，在100℃下退火30min得到实施例3的钙钛矿太阳能电池中的碳电极。
对比实施例1～3采用不加1B3HPC的钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿太阳能电池
对比实施例1～3的钙钛矿太阳能电池制备步骤分别与同实施例1～3的制备步骤对应一致，对比实施例1～3的实验参数如下表1所示：
表1实施例1～3与对比实施例1～3制备钙钛矿太阳能电池的实验参数
表2实施例4～8制备钙钛矿太阳能电池的实验参数
性能效果实施例
使用SS-X160R型太阳光模拟器和KA6000测试软件对实施例1～3与对比实施例1～3进行光电性能的测试，测试结果如下表3所示：
表3实施例1～3和对比实施例1～3的光电性能测试结果
| 开路电压(V) | 短路电流密度(mA cm-2) | FF | PCE(％) | |
| 实施例1 | 1.12 | 24.72 | 72.94 | 22.36 |
| 实施例2 | 1.15 | 22.46 | 71.82 | 20.54 |
| 实施例3 | 1.09 | 19.56 | 65.42 | 15.65 |
| 对比例1 | 1.11 | 23.77 | 70.09 | 20.47 |
| 对比例2 | 1.08 | 22.96 | 69.87 | 19.18 |
| 对比例3 | 1.05 | 19.32 | 62.47 | 14.03 |
表4室温和环境空气下钙钛矿太阳能电池在SS-X160R型太阳光模拟器照射1000h后稳定性测试结果
从实施例1～3和对比实施例1～3的性能对比，即表3可以看出，由本发明提供的加有1B3HPC的钙钛矿前驱体溶液制得的钙钛矿太阳能电池的光电性能明显优于现有技术制备的钙钛矿太阳能电池。且从实施例1～3和对比实施例1～3的短路电流密度和稳定性结果的对比，即表4可以看出，本发明的钙钛矿太阳能电池的短路电流密度和稳定性更优，说明本发明制备的钙钛矿太阳能电池中发生的非辐射复合更少。换句话说，对比于现有技术制备的钙钛矿太阳能电池，本发明制备的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿薄膜中缺陷明显减少、钙钛矿薄膜晶粒尺寸有所增大，从而促进了载流子的传输，提高了电池的稳定性。也就是说本发明的钙钛矿前驱体溶液中1-苄基-3-羟基氯化吡啶的加入能起到增大晶粒尺寸和提高钙钛矿太阳能电池的稳定性的作用。综上所述，本发明能够解决现有技术制备的钙钛矿层的原始薄膜晶粒尺寸小以及缺陷多的问题。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为保护范围。
Claims (10)
1.一种钙钛矿前驱体溶液，其包括碘化铅、甲基碘化胺和有机溶剂，其特征在于还包括1-苄基-3-羟基氯化吡啶。
2.如权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述碘化铅浓度为1～1.5mol/L、所述甲基碘化胺的浓度为1～1.5mol/L、所述1-苄基-3-羟基氯化吡啶的浓度为0.03～0.05mol/L；
所述有机溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述二甲基甲酰胺与所述二甲基亚砜的混合体积比为5：1～9：1。
3.一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿层，其特征在于所述钙钛矿层采用权利要求1或2所述的钙钛矿前驱体溶液旋涂得到。
4.如权利要求3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从下到上依次包括：玻璃基板、电子传输层和钙钛矿层。
5.如权利要求4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在所述钙钛矿层之上还依次包括：空穴传输层和金属电极。
6.如权利要求4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在所述钙钛矿层之上还包括：碳电极。
7.一种制备权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、清洗玻璃基板；
S2、在所述玻璃基板上制备所述电子传输层；
S3、配制所述钙钛矿前驱体溶液；
S4、将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上，退火处理后得到所述钙钛矿层。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
S5a、将空穴传输层用溶液旋涂于步骤S4得到的所述钙钛矿层上，充分氧化后得到所述空穴传输层；
S6、在所述空穴传输层上蒸镀所述金属电极。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
S5b、在步骤S4得到的所述钙钛矿层上刮涂碳浆，退火处理后得到所述碳电极。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，
步骤S3中的配制所述钙钛矿前驱体溶液是指：将1～1.5mmol碘化铅和1～1.5mmol甲基碘化胺溶解于1mL有机溶剂中，后加入0.03～0.05mmol 1-苄基-3-羟基氯化吡啶充分搅拌得到所述钙钛矿前驱体溶液；
所述有机溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述二甲基甲酰胺与所述二甲基亚砜的混合体积比为5：1～9：1；
所述充分搅拌是指在常温下搅拌5～8h；
步骤S4中的将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂于所述电子传输层上是指：先以1000～1800r/min的速度将所述钙钛矿前驱体溶液低速旋涂于1×1cm2所述电子传输层上10～15s，后以3500～5000r/min的速度将所述钙钛矿前驱体溶液高速旋涂于1×1cm2所述电子传输层上25～35s；
所述钙钛矿前驱体溶液的旋涂用量为50～70μL/cm2；
在高速旋涂6～8s期间滴加反溶剂氯苯，所述反溶剂氯苯的滴加量为150～180μL/cm2；
所述退火处理是指在100～120℃退火10～20min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211546519.0A CN115867095A (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211546519.0A CN115867095A (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115867095A true CN115867095A (zh) | 2023-03-28 |
Family
ID=85669799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211546519.0A Pending CN115867095A (zh) | 2022-12-05 | 2022-12-05 | 钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115867095A (zh) |
-
2022
- 2022-12-05 CN CN202211546519.0A patent/CN115867095A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| 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 | |
| CN108288675B (zh) | 一种铁盐掺杂Spiro-OMeTAD的空穴传输层及含该空穴传输层的太阳能电池 | |
| CN110335945B (zh) | 一种双电子传输层无机钙钛矿太阳能电池及其制法和应用 | |
| CN111092160A (zh) | 一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法 | |
| CN108470833A (zh) | 界面修饰的氧化锌纳米棒阵列作为电子传输层在制备钙钛矿太阳能电池中的应用 | |
| CN115241386A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114678472A (zh) | 一种FAPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN117858522A (zh) | 一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池 | |
| CN113972323A (zh) | 一种掺杂硫氰酸钠的高效稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111063806B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN116634823A (zh) | 一种制备钝化层的方法及晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池 | |
| 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 | |
| CN111223993A (zh) | 一种高开路电压的半透明钙钛矿太阳能电池 | |
| CN116056469A (zh) | 基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN113421970B (zh) | 一种HCl改性二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN114583061A (zh) | 三维结构的无铅锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池的制备方法 | |
| CN115867095A (zh) | 钙钛矿前驱体溶液和钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110246969B (zh) | 一种吡啶修饰氧化锡致密层的钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN114284437A (zh) | 一种铵盐修饰SnO2电子传输层制备高效钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN113725367A (zh) | 一种基于2d-pvk协同共钝化钙钛矿薄膜晶界和表面缺陷的太阳能电池器件及制备方法 | |
| CN115360303B (zh) | 一种界面原位诱导层及其光伏器件的制备方法 | |
| CN115322216B (zh) | 一种用于制备有机-无机杂化钛矿太阳能电池的锂盐溶剂 | |
| CN114551727B (zh) | 基于邻二氯苯和2-巯基吡啶双掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN113644199B (zh) | 植酸二钾络合二氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN115768147A (zh) | 一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法 |
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 |