一种新型钙钛矿电池的制备方法、用该方法制备的电池与流程

本发明涉及电池，具体是一种新型钙钛矿电池的制备方法、用该方法制备的电池。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率，相对较低的工艺制造成本，以及相对简单的工艺步骤，但是大面积制备，器件的稳定性以及迟滞效应明显，主要存在以下问题：

2、1.正置结构

3、正置结构平面异质结构(nip型)钙钛矿电池由于其简单的制备工艺以及较高的光电转化效率一直是钙钛矿光伏领域的研究热点。但是正置结构的钙钛矿电池存在迟滞效应明显、器件稳定性有待改善且、柔性器件制备困难等缺点，难以实现大规模商业化应用。倒置结构(pin型)钙钛矿电池由于具有可忽略的迟滞效应、较好的界面稳定性、可低温制备柔性器件等优点，在钙钛矿电池产业化中占主导地位。

4、2.电子传输层的选择

5、传统的电子传输层材料tio2由于其高温的工艺制程并不适用于倒置结构钙钛矿电池，取而代之的是具有更高的载流子迁移率、能级匹配且低温制备的sno2电子传输层。然而sno2电子传输层的制备过程中会在界面处引入缺陷，从而影响钙钛矿电池的光电转化效率及稳定性。对于sno2基倒置结构钙钛矿电池，主流的提效方式是对sno2电子传输层进行掺杂改性处理，钝化界面处的缺陷以提升钙钛矿电池的性能。

6、3.空穴传输层的改进

7、氧化镍(nio x)是一种目前比较好的空穴传输层材料，它的带隙能够更好地与钙钛矿的能带相匹配，能够更好地有选择性地提取产生的空穴，并且具有较好的载流子迁移率，能够更好地将产生的空穴提取出来，减少传输损耗。但是，目前纯的氧化镍薄膜载流子迁移率不高，并且价带与钙钛矿的价带能带差的差距很大，在界面处会存在部分的载流子复合，需要对氧化镍进行一定的薄膜改性。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术的缺陷，本发明提供一种新型钙钛矿电池的制备方法、用该方法制备的电池，本发明载流子迁移率高，性能稳定，迟滞效应极小，钙钛矿薄膜结晶性更好，缺陷显著降低，提升了钙钛矿太阳能电池的器件整体性能。

2、为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：一种新型钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、在导电玻璃基底上形成双层空穴结构层；

4、s2、在所述双层空穴结构层外表面形成钙钛矿层；

5、s3、在所述钙钛矿层的表面形成双层电子结构层。

6、进一步地，所述步骤s1包括以下子步骤：

7、s11、在所述导电玻璃基底上形成空穴传输层；

8、s12、在所述空穴传输层上形成空穴介孔层。

9、进一步地，所述步骤s11包括：

10、采用镍盐溶液作为电解液，并将所述导电玻璃基底接入负极；

11、在第一电流密度下，在所述导电玻璃基底上沉积镍薄膜，得到所述空穴传输层；

12、所述步骤s12包括：

13、在第二电流密度下，在所述空穴传输层上沉积镍薄膜，得到所述空穴介孔层；

14、对步骤s12的基片进行退火处理，得到所述双层空穴结构层。

15、进一步地，所述步骤s2包括以下子步骤：

16、s21、制备pbi2薄膜；

17、s22、制备mai薄膜。

18、进一步地，所述步骤s21包括：

19、将碘化铅溶解于dmf中，加入dmso，搅拌得到碘化铅溶液；

20、取碘化铅溶液滴涂在步骤s1的基片上，得到所述pbi2薄膜；

21、所述步骤s22包括：

22、取mai放入异丙醇中，摇晃溶解，旋涂在步骤s21的基片上，多次滴涂旋转，沉积结束后继续旋涂，得到所述mai薄膜；

23、将步骤s22的基片加热处理，得到所述钙钛矿层。

24、进一步地，所述步骤s3包括以下子步骤：

25、s31、在步骤s2的基片上形成电子传输层；

26、s32、在所述电子传输层上形成电子传输介孔层。

27、进一步地，所述步骤s31包括：

28、将sno2纳米颗粒水溶胶与离子水按照一定比例混合，并加入钽酸钾铁电纳米颗粒，溶解后涂布于步骤s2的基片上，退火处理，得到所述电子传输层；

29、所述步骤s32包括：

30、将sno2纳米颗粒水溶胶加入乙二醇甲醚，匀胶处理，取得到的溶液滴涂在步骤s31的基片上，得到所述电子传输介孔层；

31、将步骤s32的基片沉积碳浆，得到所述双层电子结构层。

32、一种新型钙钛矿电池，包括导电玻璃基底、设于所述导电玻璃基底上的双层空穴结构层、设于所述双层空穴结构层上的钙钛矿层、设于所述钙钛矿层上的双层电子结构层，所述双层电子结构层设置有金属电极。

33、进一步地，所述双层空穴结构层包括空穴传输层和空穴介孔层，所述双层电子结构层包括电子传输层和电子传输介孔层；且，所述导电玻璃基底、所述空穴传输层、所述空穴介孔层、所述钙钛矿层、所述电子传输层和所述电子传输介孔层依次层叠设置。

34、综上所述，本发明取得了以下技术效果：

35、本发明选择反置结构的钙钛矿太阳能电池，反置结构的钙钛矿太阳能电池通常包括从下至上依次设置的透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层以及电极，反置结构的电池可有效避免正置结构的一些缺点，例如迟滞效应明显、器件稳定性有待改善且、柔性器件制备困难等；

36、本发明加入了空穴介孔层，不仅空穴提取能力更高，载流子迁移率高，出现钙钛矿吸光层和电极直接接触导致短路的概率较低，而且电池中钙钛矿薄膜结晶性好，缺陷少，具有更优异的电池整体性能；具有电流密度－电压曲线滞回现象较小，稳定性好等优点；适于大面积产业化生产，发展潜力大；

37、本发明电子传输层选择钽酸钾掺杂的氧化锡，一方面利用k+离子钝化电子传输层界面处的缺陷，提升钙钛矿电池的光电转换效率及稳定性，另一方面通过铁电极化对钙钛矿pin结进行场钝化，既增强了钙钛矿材料的内建场促进了光生电子空穴对的分离与传输，又加剧了钙钛矿pin结内电子、空穴准费米能级的劈裂，使电池的开路电压得到进一步提升，使钙钛矿电池光电转化效率得到进一步提升。

技术特征：

1.一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤s1包括以下子步骤：

3.根据权利要求2所述的一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤s2包括以下子步骤：

5.根据权利要求4所述的一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：所述步骤s3包括以下子步骤：

7.根据权利要求6所述的一种新型钙钛矿电池的制备方法，其特征在于：

8.一种新型钙钛矿电池，其特征在于：包括导电玻璃基底、设于所述导电玻璃基底上的双层空穴结构层(1)、设于所述双层空穴结构层(1)上的钙钛矿层(2)、设于所述钙钛矿层(2)上的双层电子结构层(3)，所述双层电子结构层(3)设置有金属电极。

9.根据权利要求8所述的一种新型钙钛矿电池，其特征在于：所述双层空穴结构层(1)包括空穴传输层(11)和空穴介孔层(12)，所述双层电子结构层(3)包括电子传输层(31)和电子传输介孔层(32)；且，所述导电玻璃基底、所述空穴传输层(11)、所述空穴介孔层(12)、所述钙钛矿层(2)、所述电子传输层(31)和所述电子传输介孔层(32)依次层叠设置。

技术总结
本发明公开了一种新型钙钛矿电池的制备方法、用该方法制备的电池，包括以下步骤：S1、在导电玻璃基底上形成双层空穴结构层；S2、在所述双层空穴结构层外表面形成钙钛矿层；S3、在所述钙钛矿层的表面形成双层电子结构层。本发明载流子迁移率高，性能稳定，迟滞效应极小，钙钛矿薄膜结晶性更好，缺陷显著降低，提升了钙钛矿太阳能电池的器件整体性能。

技术研发人员：薛秋赟,郭万武,王浩,张梦维,王珊珊,高勇
受保护的技术使用者：中建材浚鑫科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11