钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层的绿色溶剂及钙钛矿太阳能电池的制备方法

本发明属于钛矿太阳能电池，特别涉及钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层的绿色溶剂及钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术：

1、世界对燃烧化石燃料的依赖日益增加，但化石燃料正在慢慢枯竭，并向大气中排放有害气体。为了解决日益严重的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。

2、新能源包括风能、太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等，太阳能是一种可再生的清洁能源，具有利用简单、安全、无污染且可在任意地点进行取用的特点，受到越来越多研究者的关注。因此，在各种能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。

3、太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，具有可靠性高﹐寿命长等优点，近年来被广泛应用在生活领域、交通领域、通信领域、石油、海洋或气象领域等。

4、太阳能电池的种类很多，按电池结构划分，太阳电池可分为晶体硅太阳电池和薄膜太阳电池。

5、传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但受到高纯度硅成本高，电池制备工艺复杂等因素的制约，不能满足人类发展需求，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，需要发展新型太阳能电池，其中以钙钛矿太阳能电池为代表，其不需要任何复杂的加工条件，它们可以在实验室中使用湿化学法合成，借助简单的低成本技术，如旋转涂层、浸渍涂层、丝网印刷、双极源蒸发等技术就可以完成。钙钛矿太阳能电池自2009年被广泛研究以来，其光电转化效率在短短十多年间迅速从3.8％上升至如今的26.1％，已发展成为最具潜力的第四代光伏器件。

6、传统上采用溶剂法来制备高质量钙钛矿薄膜。在该方法中，通常是将钙钛矿前驱体溶解在有机溶剂中，如dmf或dmf与其它溶剂的混合物，dmf指n,n-二甲基甲酰胺，形成浓度符合制作要求的溶液；然后，将前驱液旋涂成膜，并在旋转过程中滴加反溶剂，如氯苯或甲苯。

7、虽然这种方法制备的钙钛矿薄膜成功率高，也能够很好的应用于钙钛矿太阳能电池上，但上述方法过于依赖有毒溶剂的使用，如dmf和氯苯(cb)。

8、随着钙钛矿太阳能电池的商业化，这些有毒溶剂可能对生产健康和环境安全构成威胁，这就阻碍了其大规模生产和应用。

9、申请号为202310010907.5发明名称为《钙钛矿薄膜、其制备方法及钙钛矿光电器件》的专利采用括γ-丁内酯、δ-戊内酯、γ-戊内酯、1，3-二甲基-2-咪唑啉酮、二甲基亚砜中的任意一种或两种以上的组合作为前驱体溶液制备钙钛矿薄膜，然而这些溶剂稳定性较差，放置条件苛刻。

10、申请号为202211167191.1发明名称为《一种钙钛矿的合成方法及其应用》的专利采用化学合成法制备钙钛矿，在通过溶解再结晶得到钙钛矿薄膜，这种方法制备工艺复杂，耗费时间长。

11、申请号为202211206173.x发明名称为《一种绿色反溶剂制备钙钛矿薄膜的方法及钙钛矿太阳能电池》的专利采用绿色反溶剂制备钙钛矿薄膜，但前驱体溶液中仍含有大量有毒溶剂dmf，而不是无毒的绿色溶剂。

12、综上所述，迫切需要筛选绿色溶剂，并且需要该筛选的绿色溶剂来制备高质量的钙钛矿薄膜，从而进一步制备高效的太阳能电池，以保证生产的健康和环境的安全。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术所存在的制备钙钛矿薄膜以及钙钛矿太阳能电池依赖使用有毒溶剂、现有溶剂稳定性较差，制备工艺复杂，耗费时间长放置条件苛刻的缺陷，本发明发提供一种钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层的绿色溶剂、钙钛矿薄膜制备方法及钙钛矿太阳能电池的制备方法，使用绿色溶剂甲基磷酰基乙酸二乙酯(2m)来替换钙钛矿前驱体溶液的有毒溶剂二甲基甲酰胺(dmf)，制备高效的钙钛矿太阳能电池，有利于满足未来钙钛矿太阳能电池的大规模生产应用。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：钙钛矿太阳能电池钙钛矿吸光层的绿色溶剂，其特征在于，绿色溶剂为钙钛矿前驱体溶剂；

3、所述钙钛矿前驱体溶剂为甲基磷酰基乙酸二乙酯，甲基磷酰基乙酸二乙酯和二甲基亚砜的混合溶剂，或甲基磷酰基乙酸二乙酯和n-甲基吡咯烷酮的混合溶剂。

4、进一步的，甲基磷酰基乙酸二乙酯与二甲基亚砜的体积比为(4:1)～(8:1)。

5、进一步的，甲基磷酰基乙酸二乙酯与n-甲基吡咯烷酮的体积比为(8:1)～(20:1)。

6、采用所述绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

7、步骤1：对导电基底进行超声、清洗、吹干和消毒处理；

8、步骤2：采用cbd化学水浴沉积法在导电基底上沉积电子传输层，其中水热温度为60～90℃，退火温度为120～150℃；

9、步骤3：制备钙钛矿前驱体溶液；

10、步骤4：在步骤2制备的电子传输层上滴加前驱体溶液使其使其完全覆盖，覆盖后对钙钛矿前驱体溶液在设定转速范围下进行旋涂，在旋涂最后5～20s时滴加反溶剂，之后进行退火处理，得到钙钛矿薄膜；其中转速为4000～6000rpm，旋涂时间为65～85s；退火温度120～150℃，退火时间10～30min；反溶剂滴加量为100～500μl；

11、步骤5：将空穴传输材料溶液充分混合均匀后，滴加在钙钛矿薄膜上，以设定转速范围旋涂，形成空穴传输层，其中转速3000～4000rpm，时间20～30s；

12、步骤6：使用热蒸镀方法，在空穴传输层上蒸镀背电极，最终制得钙钛矿太阳能电池。

13、进一步的，所述步骤1中，fto玻璃依次采用去离子水、丙酮、无水乙醇进行超声20～40min，清洗玻璃表面，氮气吹干后，将fto玻璃放入紫外臭氧10～20min。

14、进一步的，所述步骤3中，将ax与bx2溶于甲基磷酰基乙酸二乙酯，或甲基磷酰基乙酸二乙酯与n-甲基吡络烷酮的混合溶液，或甲基磷酰基乙酸二乙酯与二甲基亚砜的混合溶液中，其中ax为ch3nh3x、nh2ch＝nh2x、csx中的一种或多种，bx2为pbx2或snx2，x为i或cl或br，50-70℃搅拌2-8小时，使其完全溶解，得到钙钛矿前驱体溶液。

15、采用所述钙钛矿太阳能电池制备方法制备的钙钛矿太阳能电池，电池自上而下包括导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和背电极，其中钙钛矿吸光层原料包括ax原料和bx2原料，其中ax原料为ch3nh3x、nh2ch＝nh2x或csx；bx2原料为pbx2；其中x为cl、br和i中的一种或多种，电子传输层为tio2或sno2中的一种。

16、进一步的，所述导电基底为fto玻璃。

17、进一步的，其特征在于，所述空穴传输层为spiro-ometad。

18、进一步的，其特征在于，所述背电极为银。

19、有益效果

20、本发明的优点是：

21、光伏制备的最终目的是实现大规模的应用。甲基磷酰基乙酸二乙酯为酯类溶剂，他与dmf不同，酯类溶剂都难溶于水，钙钛矿是一种对湿气敏感的物质，湿度高易分解，酯类溶剂相当于在钙钛矿制备中对水进行隔绝，耐湿性强，在后续空气中制备大面积模组提供了有效途径。

22、基于上述考虑，本发明选择甲基磷酰基乙酸二乙酯代替dmf，该溶剂沸点较高，可以有效减慢钙钛矿溶液挥发的时间，从而延长钙钛矿的结晶过程，提高钙钛矿薄膜的成膜质量进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率，选用萃取能力更强且无毒的乙酸乙酯代替毒性很大的氯苯和甲苯作为反溶剂来控制钙钛矿薄膜的结晶过程，解决了现有技术中制备钙钛矿薄膜的溶剂毒性大的难点问题，具有大规模生产制造及应用的前景。