一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系

本发明涉及光伏材料领域，特别涉及一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系。

背景技术：

1、溶液法制备的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池由于具有高光吸收系数、低激子结合能、长载流子扩散长度和可调带隙等优点，在过去几十年中引起了全世界的广泛关注，并获得了26.1％的认证光电转换效率，显示出作为下一代商用太阳能电池的巨大潜力。然而，钙钛矿光伏商业化还需要考虑通过低成本的物料使用、低能耗和高通量制造来降低生产成本稳定的钙钛矿前驱体油墨有利于降低制造过程中的材料、设备和废弃物成本，降低工业制造的物料使用。适用于卷对卷生产的室温印刷技术(刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布、喷墨打印等)，有助于实现低能耗、高通量的制造。

2、然而，钙钛矿太阳能电池通常由多个功能层组成，包括透明导电电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属电极。每一层都有其特定的性能和要求，这影响到印刷速度。目前报道的钙钛矿层的打印速度仅为0.3-1.2m/min，落后于其他功能层的打印速度，这种印刷速度的差异对钙钛矿光伏电池的高通量工业化提出了挑战，并限制了更快、更高效的生产过程。

3、因此，提出一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系来解决上述问题很有必要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，以解决目前报道的钙钛矿层的打印速度仅为0.3-1.2m/min，落后于其他功能层的打印速度，这种印刷速度的差异对钙钛矿光伏电池的高通量工业化提出了挑战，并限制了更快、更高效的生产过程的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，包括混合溶剂，所述混合溶剂用以添加到钙钛矿前驱体溶液中，所述混合溶剂包括a料和b料，所述a料包括乙腈、四氢呋喃、乙醇和乙二醇单甲醚中的一种或几种，b料包括n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜，所述a料与二甲亚砜的体积比为15:1～2:1。

3、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液包括fapbi3钙钛矿前驱体粉末，fapbi3钙钛矿前驱体粉末包括pbi2、fai、macl；其中pbi2与fai的摩尔比为1.25:1～1:1，macl与fai的摩尔比为0.2:1～0.5:1。

4、优选的，所述二甲亚砜和钙钛矿前驱体溶液中的fai的摩尔比为1:1～0.1:1。

5、优选的，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.01～10mol/l。

6、优选的，所述高挥发性溶剂体系应用在制备钙钛矿太阳能电池、制备大面积钙钛矿太阳能电池中以及提高钙钛矿太阳能电池效率中。

7、本发明还公开一种基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池的制备方法，使用上述任一项所述的用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，还包括以下步骤：在导电基底上制备电子传输层；然后在电子传输层上涂布高挥发性溶剂体系配制的钙钛矿前驱体溶液；然后去除溶剂得到钙钛矿薄膜层；然后在钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层、电极，得到基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池。

8、优选的，所述钙钛矿薄膜层的印刷速度为0.1～50.0m/min。

9、优选的，所述基底面积为1～1000cm2。

10、优选的，所述涂布工艺包括刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布、喷墨打印中的一种或多种。

11、优选的，所述溶剂去除工艺包括气流辅助、反溶剂处理、真空闪蒸、热处理中的一种或多种。

12、本发明的技术效果和优点：

13、1、本发明通过在钙钛矿前驱体溶液中引入乙腈、四氢呋喃、乙醇、乙二醇单甲醚中的一种或几种，n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜混合溶剂的方法，实现了高质量的大面积fapbi3钙钛矿薄膜和稳定的钙钛矿前驱体油墨的宽速度窗口印刷，基于此薄膜制备了高效且稳定的小面积和大面积钙钛矿太阳能电池；

14、2、本发明实现了大面积钙钛矿薄膜的快速印刷。传统溶剂，如dmf、dmso具有较低的蒸汽压和较高的沸点，这使溶剂挥发较为困难，导致印刷速度难以加快。乙腈、四氢呋喃、乙醇、乙二醇单甲醚具有较高的蒸汽压和较低的表面张力，有利于涂层过程中均匀快速的挥发，使得其具有宽的印刷速度窗口，并且其可以触发三相接触线处的去钉扎效应，促进快速的非均质成核，抑制咖啡环，调节高质量无孔洞的大面积fapbi3钙钛矿薄膜的结晶，促进了钙钛矿的定向结晶；

15、3、本发明制备钙钛矿薄膜的方法同时适用于制备大面积宽速度窗口印刷钙钛矿薄膜，进而获得高效大面积钙钛矿太阳能电池。

技术特征：

1.一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，包括混合溶剂和钙钛矿前驱体溶液，所述混合溶剂用以添加到钙钛矿前驱体溶液中，其特征在于：所述混合溶液包括a料和b料，所述a料包括乙腈、四氢呋喃、乙醇和乙二醇单甲醚中的一种或几种，b料包括n,n-二甲基甲酰胺和二甲亚砜，所述a料与二甲亚砜的体积比为15:1～2:1。

2.根据权利要求1所述的一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液包括fapbi3钙钛矿前驱体粉末，fapbi3钙钛矿前驱体粉末包括pbi2、fai、macl；其中pbi2与fai的摩尔比为1.25:1～1:1，macl与fai的摩尔比为0.2:1～0.5:1。

3.根据权利要求2所述的一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，其特征在于：所述二甲亚砜和钙钛矿前驱体溶液中的fai的摩尔比为1:1～0.1:1。

4.根据权利要求3所述的一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为0.01～10mol/l。

5.根据权利要求4所述的一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，其特征在于：所述高挥发性溶剂体系应用在制备钙钛矿太阳能电池、制备大面积钙钛矿太阳能电池中以及提高钙钛矿太阳能电池效率中。

6.一种基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：使用权利要求1～5任一项所述的用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，还包括以下步骤：在导电基底上制备电子传输层；然后在电子传输层上涂布高挥发性溶剂体系配制的钙钛矿前驱体溶液；然后去除溶剂得到钙钛矿薄膜层；然后在钙钛矿薄膜上依次制备空穴传输层、电极，得到基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池。

7.根据权利要求6所述的一种基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿薄膜层的印刷速度为0.1～50.0m/min。

8.根据权利要求6所述的一种基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述基底面积为1～1000cm2。

9.根据权利要求6所述的一种基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述涂布工艺包括刮刀涂布、狭缝涂布、喷雾涂布、喷墨打印中的一种或多种。

10.根据权利要求6所述的一种基于高挥发性溶剂体系的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述溶剂去除工艺包括气流辅助、反溶剂处理、真空闪蒸、热处理中的一种或多种。

技术总结
本发明公开了一种用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，涉及到光伏材料领域，包括混合溶剂，所述混合溶剂用以添加到钙钛矿前驱体溶液中，所述混合溶剂包括A料和B料，所述A料包括乙腈、四氢呋喃、乙醇和乙二醇单甲醚中的一种或几种。该用于钙钛矿太阳能电池中的高挥发性溶剂体系，通过在钙钛矿前驱体溶液中引入乙腈、四氢呋喃、乙醇、乙二醇单甲醚中的一种或几种，N,N‑二甲基甲酰胺和二甲亚砜混合溶剂的方法，实现了高质量的大面积FAPbI<subgt;3</subgt;钙钛矿薄膜和稳定的钙钛矿前驱体油墨的宽速度窗口印刷，基于此薄膜制备了高效且稳定的小面积和大面积钙钛矿太阳能电池。

技术研发人员：杨甫,李耀文,袁琳皓,李永舫
受保护的技术使用者：苏州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31