一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法

本申请涉及太阳能电池，特别涉及一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、金属卤化物钙钛矿因其优异的光电性能和低制造成本而成为下一代光伏电池有前途的材料。最近，单结钙钛矿太阳能电池的功率转换效率达到了认证的26.1％,接近于商用硅太阳能电池的水平(26.7％)。钙钛矿材料可以在1.2ev到3.0ev之间调节其不同带隙，这使得全钙钛矿串联太阳能电池具有进一步提高光电转换效率的巨大潜力。

2、因此，宽带隙钙钛矿太阳能对于实现高效叠层太阳能电池至关重要。然而，粗糙和不均匀的宽带隙钙钛矿薄膜严重影响后续薄膜沉积的致密性，导致全钙钛矿叠层电池的填充因子较低，特别是在大面积器件中这一现象更为明显。

3、开发高质量的钙钛矿薄膜对促进叠层钙钛矿光伏的商业化具有重要意义。高质量的钙钛矿晶体薄膜通常具有较大的晶粒尺寸。

4、而如何提高钙钛矿膜的晶粒尺寸，获得高质量、均匀的钙钛矿薄膜，这对于可重复性制造大面积叠层电池而言，是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法，增加了钙钛矿薄膜的晶粒尺寸，减少了非辐射复合并改善了钙钛矿薄膜的均匀性。更为重要的是，均匀光滑的钙钛矿薄膜有利于制造效率更高的全钙钛矿叠层电池。

2、第一方面，提供了一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池，其包括依次层叠设置的第一导电玻璃层、第一空穴传输层、宽带隙钙钛矿多晶层、第一电子传输层和金属电极层；其中，所述宽带隙钙钛矿多晶层中掺杂有修饰剂，所述修饰剂包括吡拉西坦。

3、一些实施例中，所述第一导电玻璃层为掺杂氟的二氧化锡或掺杂铟的二氧化锡；

4、和/或，所述第一空穴传输层包括下空穴层和位于下空穴层上的上空穴层，所述下空穴层采用n iox，x取值2或3，所述上空穴层采用me-4pacz或2pacz；

5、和/或，所述第一电子传输层采用富勒烯或者pcbm，或者所述第一电子传输层包括下传输层以及位于下传输层上的上传输层，所述下传输层采用富勒烯或者pcbm，所述上传输层采用巴托普林或原子沉积的二氧化锡。

6、一些实施例中，所述第一电子传输层和金属电极层之间还依次层叠设置有第二导电玻璃层、第二空穴传输层、窄带隙钙钛矿多晶层和第二电子传输层。

7、一些实施例中，所述第二导电玻璃层采用巴托普林或原子沉积的二氧化锡，或者所述第二导电玻璃层包括下导电玻璃层和位于下导电玻璃层上的上导电玻璃层，所述下导电玻璃层采用原子沉积的二氧化锡，所述上导电玻璃层采用纳米金或者掺杂铟的二氧化锡；

8、和/或，所述第二空穴传输层采用聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)或者n iox，x取值2或3；

9、和/或，所述第二电子传输层采用富勒烯或者pcbm，或者所述第二电子传输层包括下传输层以及位于下传输层上的上传输层，所述下传输层采用富勒烯或者pcbm，所述上传输层采用巴托普林或原子沉积的二氧化锡。

10、第二方面，提供了一种如上所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：

11、在第一导电玻璃层上依次制备第一空穴传输层、宽带隙钙钛矿多晶层、第一电子传输层和金属电极层，得到添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池。

12、一些实施例中，制备第一空穴传输层，具体包括：

13、先将n iox与第一溶剂混合搅拌，再旋涂至第一导电玻璃层上，之后进行第一次退火处理，得到下空穴层，x取值2或3；

14、然后将me-4pacz或2pacz与第二溶剂混合搅拌，再旋涂至下空穴层上，之后进行第二次退火处理，得到上空穴层。

15、一些实施例中，n iox与第一溶剂混合后的浓度为10mg/m l-20mg/ml；

16、和/或，me-4pacz或2pacz与第二溶剂混合后的浓度为0.3mg/m l-1mg/ml；

17、和/或，第一溶剂采用去离子水或异丙醇；

18、和/或，第一次退火处理的条件包括：在110℃～180℃下退火15min～40min；

19、和/或，旋涂的转速为3000rpm～4000rpm，旋涂时间为25s～40s；

20、和/或，第二溶剂采用乙醇或异丙醇；

21、和/或，第二次退火处理的条件包括：在100℃～120℃下退火5min～15min。

22、一些实施例中，制备宽带隙钙钛矿多晶层，具体包括：

23、将甲脒氢碘酸盐fai、碘化铯cs i、碘化铅pb i2和溴化铅pbbr2混合于n,n-二甲基甲酰胺dmf和二甲基亚砜dmso中，搅拌后加入吡拉西坦，混合以形成钙钛矿前驱液；

24、将钙钛矿前驱液旋涂至第一空穴传输层上，经加热后形成宽带隙钙钛矿多晶层。

25、一些实施例中，钙钛矿前驱液中，甲脒氢碘酸盐fai的浓度为0.96mo l/l，碘化铯cs i的浓度为0.24mo l/l，碘化铅pb i2的浓度为0.48mo l/l，溴化铅pbbr2的浓度为0.72mol/l，吡拉西坦的浓度低于5mg/m l；

26、和/或，dmf和dmso的体积比为(3～4):1；

27、和/或，在50℃～70℃条件下搅拌；

28、和/或，钙钛矿前驱液旋涂后的加热过程包括：先在55℃～75℃条件下退火90s～120s，然后在95℃～105℃条件下退火10min～15min。

29、一些实施例中，制备第一电子传输层，具体包括：用真空热蒸镀的方式，先以的速度蒸镀20nm～30nm厚的富勒烯或pcbm，再以的速度蒸镀7nm～10nm厚的巴托普林或原子沉积的二氧化锡；

30、和/或，制备金属电极层，具体包括：以的速度蒸镀金属,直至金属厚度到达80nm～100nm。

31、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

32、本申请实施例提供了一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法，在本申请中，宽带隙钙钛矿多晶层中掺杂了具有酰胺和亲水性结构的有机物吡拉西坦，在制备时，将吡拉西坦加入到钙钛矿前驱体溶液中退火后，有利于调整钙钛矿薄膜的结晶取向，即有利于钙钛矿晶体质量的(110)取向被促进，而不利的(100)取向则被抑制，从而增加了钙钛矿薄膜的晶粒尺寸，减少了非辐射复合并改善了钙钛矿薄膜的均匀性。更为重要的是，均匀光滑的钙钛矿薄膜有利于制造效率更高的全钙钛矿叠层电池。

技术特征：

1.一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，其包括依次层叠设置的第一导电玻璃层(1)、第一空穴传输层(2)、宽带隙钙钛矿多晶层(3)、第一电子传输层(4)和金属电极层(9)；其中，所述宽带隙钙钛矿多晶层(3)中掺杂有修饰剂，所述修饰剂包括吡拉西坦。

2.如权利要求1所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：

3.如权利要求1所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：

4.如权利要求3所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：

5.一种如权利要求1所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，其包括如下步骤：

6.如权利要求5所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备第一空穴传输层(2)，具体包括：

7.如权利要求6所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：

8.如权利要求5所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备宽带隙钙钛矿多晶层(3)，具体包括：

9.如权利要求8所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：

10.如权利要求5所述的添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：

技术总结
本申请涉及一种添加剂修饰的钙钛矿太阳能电池及制备方法，其包括依次层叠设置的第一导电玻璃层、第一空穴传输层、宽带隙钙钛矿多晶层、第一电子传输层和金属电极层；其中，所述宽带隙钙钛矿多晶层中掺杂有修饰剂，所述修饰剂包括吡拉西坦。本申请增加了钙钛矿薄膜的晶粒尺寸，减少了非辐射复合并改善了钙钛矿薄膜的均匀性。更为重要的是，均匀光滑的钙钛矿薄膜有利于制造效率更高的全钙钛矿叠层电池。

技术研发人员：柯维俊,付世强,周顺
受保护的技术使用者：武汉大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19