钙钛矿电池的制备方法、钙钛矿电池及钙钛矿叠层电池与流程

本申请属于光伏，特别涉及一种钙钛矿电池的制备方法、钙钛矿电池及钙钛矿叠层电池。

背景技术：

1、钙钛矿电池作为一种新型太阳能电池，近年来其效率已从3.8%提高到了22.1%，其效率已达到了商业化应用的标准。另外，由于钙钛矿电池的原料来源较广，制备工艺简单，成本较低并且可制备大面积柔性电池和透明电池等优势，使得钙钛矿电池受到越来越多的关注和研究。

2、现有的倒置钙钛矿电池中通常使用[6,6]-苯基c61丁酸甲酯（pc61bm）作为电子传输层材料。在湿法成膜工艺中，需要将pc61bm溶解于氯苯溶剂中，然后进行涂覆，而pc61bm因为自身的π-π堆积易发生分子团聚，影响成膜质量，最终影响电池的光电转化效率。

技术实现思路

1、本申请的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种钙钛矿电池的制备方法、钙钛矿电池及钙钛矿叠层电池。

2、为解决上述技术问题，本申请的第一方面提供了一种钙钛矿电池的制备方法，包括如下步骤：（1）制备空穴传输层：在导电基底上制备空穴传输层；（2）制备钙钛矿层：在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿层；（3）制备电子传输层：提供涂覆液，所述涂覆液包含[6,6]-苯基c61丁酸甲酯及混合溶剂，所述混合溶剂包含氯苯和醇；将所述涂覆液涂覆于所述钙钛矿层的表面，加热至50~100℃后，退火5~30分钟，使所述涂覆液干燥成膜，得到电子传输层。

3、相对于现有技术而言，在本申请提供的技术方案中，使用氯苯和醇的混合溶剂对pc61bm进行溶解，在保证对pc61bm具有较好溶解性的同时，还通过烷基链的位阻效应阻碍pc61bm分子间的π-π堆积，从而抑制混合溶液内pc61bm分子的团聚，有助于得到更为均匀的pc61bm薄膜，减少电子传输层与钙钛矿层之间的界面缺陷，实现电池短路电流和填充因子的提高，最终提高钙钛矿电池的光电转化效率。

4、值得一提的是，现有技术中常规使用氯苯作为pc61bm的溶剂，氯苯属于低极性溶剂，因此，现有技术给予本领域技术人员的教导是：pc61bm分子适合在以氯苯为代表的低极性溶剂中进行溶解。而醇类属于极性非常大的一类溶剂，本领域技术人员在现有技术的教导下不会想到使用醇类作为pc61bm的溶剂；且事实也确实如此，醇类单独用作pc61bm的溶剂时，其溶解效果并不好。而在本申请提出的技术方案中，使用氯苯与醇混合作为pc61bm的溶剂，却能在保证较好溶解性的同时抑制溶液内pc61bm分子的团聚，最终在湿法成膜后得到更为均匀的pc61bm薄膜。

5、可选地，所述涂覆液中，所述[6,6]-苯基c61丁酸甲酯和所述混合溶剂的比例为：每5~30mg [6,6]-苯基c61丁酸甲酯溶解于包含1ml氯苯和0.1~1ml醇的混合溶剂中。可选地，所述涂覆液中，所述[6,6]-苯基c61丁酸甲酯和所述混合溶剂的比例为：每20mg [6,6]-苯基c61丁酸甲酯溶解于包含1ml氯苯和0.1~0.3ml醇的混合溶剂中。当增加到pc61bm和氯苯体系中的醇类太少，抑制溶液内pc61bm分子的团聚的效果不明显；当增加到pc61bm和氯苯体系中的醇类太多，反而影响pc61bm在混合溶剂中的溶解效果，影响成膜质量。

6、可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，所述醇的沸点低于150℃。可选地，所述醇的沸点在70℃~120℃之间。本申请中，当所使用的醇的沸点较低，c链较短，则阻碍pc61bm分子间堆积的能力也越弱。当所使用的醇的沸点较高，则不利于干燥成膜过程，反而导致成膜不均匀，粗糙度高，也不利于最终对于电池的光电转化效率的提高效果。

7、可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和正丁醇中的至少一种。可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，所述醇为异丙醇，异丙醇沸点在较合适范围内，且结构中的支链有利于氢键形成，阻碍pc61bm分子间堆积的能力越好。

8、可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，所述电子传输层的厚度为5nm~100nm。

9、可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，所述涂覆的方式为旋涂。

10、可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，所述在导电基底上制备空穴传输层的方法为旋涂或者物理气相沉积。

11、可选地，在本申请提供的钙钛矿电池的制备方法中，在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿层的方法为旋涂、刮涂或物理气相沉积。

12、本申请的第二方面提供一种钙钛矿电池，其采用本申请第一方面所述的方法制备。

13、本申请的第三方面提供一种钙钛矿叠层电池，包括依次层叠设置的顶电池、复合层和底电池，所述顶电池为本申请第二方面所述的钙钛矿电池。

14、本申请提供的钙钛矿电池和钙钛矿叠层电池，由于在电子传输层的制备过程中，在pc61bm的氯苯溶液中加入一定量的醇类溶剂，在保证一定溶解性的同时通过其烷基链的位阻效应阻碍pc61bm分子间的π-π堆积，抑制溶液内pc61bm分子的团聚，得到了更为均匀的pc61bm薄膜，减少电子传输层与钙钛矿层之间的界面缺陷，实现电池短路电流和填充因子的提高，最终提高钙钛矿电池的光电转化效率。

技术特征：

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）制备空穴传输层：在导电基底上制备空穴传输层；（2）制备钙钛矿层：在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿层；（3）制备电子传输层：提供涂覆液，所述涂覆液包含[6,6]-苯基c61丁酸甲酯及混合溶剂，所述混合溶剂包含氯苯和醇；将所述涂覆液涂覆于所述钙钛矿层的表面，加热至50~100℃后，退火5~30分钟，使所述涂覆液干燥成膜，得到电子传输层。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述涂覆液中，所述[6,6]-苯基c61丁酸甲酯和所述混合溶剂的比例为：每5~30mg [6,6]-苯基c61丁酸甲酯溶解于包含1ml氯苯和0.1~1ml醇的混合溶剂中。

3.根据权利要求2所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述涂覆液中，所述[6,6]-苯基c61丁酸甲酯和所述混合溶剂的比例为：每20mg [6,6]-苯基c61丁酸甲酯溶解于包含1ml氯苯和0.1~0.3ml醇的混合溶剂中。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述醇的沸点低于150℃。

5.根据权利要求4所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述醇的沸点在70℃~120℃之间。

6.根据权利要求4所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇和正丁醇中的至少一种。

7.根据权利要求6所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述醇为异丙醇。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述电子传输层的厚度为5nm~100nm。

9.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述涂覆的方式为旋涂。

10.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述在导电基底上制备空穴传输层的方法为旋涂或者物理气相沉积。

11.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，在所述空穴传输层的表面制备钙钛矿层的方法为旋涂、刮涂或物理气相沉积。

12.一种钙钛矿电池，其特征在于，采用权利要求1至11中任一项所述的方法制备。

13.一种钙钛矿叠层电池，包括：依次层叠设置的顶电池、复合层和底电池，所述顶电池为权利要求12所述的钙钛矿电池。

技术总结
本发明涉及光伏技术领域，公开了一种钙钛矿电池的制备方法、钙钛矿电池及钙钛矿叠层电池，所述制备方法包括：（1）制备空穴传输层；（2）制备钙钛矿层；（3）制备电子传输层：提供涂覆液，所述涂覆液包含[6,6]‑苯基C61丁酸甲酯及混合溶剂，所述混合溶剂包含氯苯和醇；将所述涂覆液涂覆于所述钙钛矿层的表面，加热后退火，使所述涂覆液干燥成膜，得到电子传输层。本申请使用氯苯和醇的混合溶剂对PC61BM进行溶解，在保证一定溶解性的同时通过其烷基链的位阻效应阻碍PC61BM分子间的π‑π堆积，抑制溶液内PC61BM分子的团聚，得到均匀的PC61BM薄膜，提高钙钛矿电池的光电转化效率。

技术研发人员：顾诚俊,张远方,徐孟雷,杨洁,张昕宇
受保护的技术使用者：浙江晶科能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15