一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、近年来，由于二次能源的开发，目前能源存在短缺，人们便把目光转向了新能源的开发。太阳能作为新能源之一，备受人们的关注。其中光伏发电技术引起学术界和产业界的研究。硅基太阳能电池目前已经实现产业化，并且工艺十分成熟，但是由于其生产工艺过程中会造成环境污染，限制了其广泛应用。因此研究新型的太阳能电池是解决该问题的有效方法，然而在众多的新型太阳能电池中，一种基于钙钛矿型结构(abx3)的太阳能电池引起了全世界的关注。

2、钙钛矿电池作为新型光伏电池，具有高转化效率、低成本、可调节的光学性能、兼容性等特点，在短短十几年的时间里，其转换效率已经逐渐与晶硅太阳能电池平齐。相对于其他太阳能电池来说，钙钛矿太阳能电池制备工艺简单，并且污染性也是最低的，所以这很有希望能够取代晶硅太阳能电池的地位，实现产业化；而钙钛矿未达到产业化所需标准，与其薄膜产生的高密度缺陷有关，从而极大的影响其稳定性，这与晶硅太阳能电池长达25年的寿命相比，显得有些渺小。基于此，开发一种高性能，高稳定性的钙钛矿太阳能电池，迫在眉睫。钙钛矿内部和表面存在陷阱态密度，而在内部尤为密度大，这主要由于钙钛矿薄膜是多晶薄膜，存在大量晶界，这些晶界的存在会阻碍载流子的传输，从而产生复合中心，使得缺陷态密度增加。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备方法，将具有多官能团的3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液掺杂入cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3钙钛矿层的钙钛矿太阳能电池中，其具有钝化缺陷，抑制非辐射复合，降低开路电压损失，提升性能和稳定性等优势。

2、为了达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现的：一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所用的高性能单结钙钛矿太阳能电池，从下到上依次包括ito导电玻璃层，2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸空穴传输层(meo-2pacz)、由3,3′-二乙基氧杂羰花青碘和cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3掺杂形成的钙钛矿层，[6,6]-苯基-c61-丁酸异甲酯电子传输层(pcbm)、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲空穴阻挡层(bcp)和金属ag电极层。

3、进一步的，所述3,3′-二乙基氧杂羰花青碘和cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3掺杂形成的钙钛矿层的制备流程如下：

4、(1)、按质量比为18.88～19.96：187.69～189.11：35.70～37.45：531.47～533.54：128.15～129.89＝csi：fai：mabr：pbi2：pbbr2的比例称取csi、fai、mabr、pbi2和pbbr2；

5、(2)、将称取的csi、fai、mabr、pbi2和pbbr2按顺序加入到样品瓶中，然后按顺序向样品瓶中加入800μl n,n-二甲基甲酰胺溶液和200μl二甲基亚砜溶液，放置在磁力搅拌器上60℃，500rpm转速加热搅拌一个小时，形成1.5m的混合溶液；

6、(3)、将混合溶液用0.22μm的有机过滤膜过滤到样品瓶中，然后按体积比为混合溶液：3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液＝60～120:1的比例的向混合溶液中加入3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液，即可得到3,3′-二乙基氧杂羰花青碘和cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3掺杂形成的钙钛矿层。

7、进一步的，所述3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液的浓度为1mg/ml。

8、本发明的另一目的在于提供一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

9、s1、清洗玻璃片：清洗过程中按序依次加入洗涤剂、异丙醇、无水乙醇和去离子水各超声清洗15～20min，后置于干燥箱中烘干；

10、s2、分别取以搅拌均匀后静置的方式配置好的1.0mg/ml的2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz),20mg/ml的[6,6]-苯基-c61-丁酸异甲酯(pcbm)和1mg/ml的2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲(bcp)，以及取配置好的1mg/ml的3,3′-二乙基氧杂羰花青碘和cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3掺杂形成的钙钛矿层(perovskite:dioc2(3))溶液备用；

11、s3、将干燥完的玻璃片放入紫外臭氧仪中处理20分钟；

12、s4、在ito上静态旋涂40～50μl meo-2pacz(1.0mg/ml)溶液,采用5000～6000rpm,旋转时间30s进行旋涂，旋涂完毕后放加热台上100℃退火10min；

13、s5、在meo-2pacz上层动态悬涂50～60μl 3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液掺杂的钙钛矿前驱液，采用两步反溶剂法，第一步以1100～2000rpm转速、2s旋涂时间，2000～3000rpm/s加速度静态旋涂钙钛矿前驱液；第二步以6000～7000rpm转速、35s旋涂时间，3000～4000rpm/s加速度并且在倒数10s时动态滴加150～200μl氯苯，旋涂完毕后放加热台上100℃退火30min；

14、s6、依次动态悬涂40～50μl pcbm，7～9μl bcp溶液，两者分别采用1500～2000rpm转速转50s，6000～7000rpm转速转25s，悬涂完毕后静置；

15、s7、用镊子刮掉部分活性层露出电极，而后在真空镀膜仪内镀的银(ag)电极。

16、本发明的有益效果是：

17、本发明中，采用组分调控策略，3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液引入钙钛矿前驱体中，利用多官能团在对称位点作用，改变了钙钛矿的能级排列，有利于载流子的提取和传输；

18、本发明中，在3,3′-二乙基氧杂羰花青碘有机物作用下，钙钛矿的晶体生长延缓,促使钙钛矿的晶粒尺寸增大，并且在垂直方向上向下均匀生长，降低开路电压损失的同时，缺陷密度降低；

19、本发明中，3,3′-二乙基氧杂羰花青碘有机物中的醚键基团疏水性极强，由于醚键中碳原子和氧原子的电负性差异，碳链的存在使得醚分子整体具有极强的疏水性，提升了器件的稳定性。

技术特征：

1.一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所用的高性能单结钙钛矿太阳能电池，从下到上依次包括ito导电玻璃层，2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸空穴传输层(meo-2pacz)、由3,3′-二乙基氧杂羰花青碘和cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3掺杂形成的钙钛矿层(perovskite:dioc2(3))，[6,6]-苯基-c61-丁酸异甲酯电子传输层(pcbm)、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲空穴阻挡层(bcp)和金属ag电极层。

2.根据权利要求1所述的一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述3,3′-二乙基氧杂羰花青碘和cs0.05(fa0.77ma0.23)0.95pb(i0.77br0.23)3掺杂形成的钙钛矿层的制备流程如下：

3.根据权利要求2所述的一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述3,3′-二乙基氧杂羰花青碘乙腈溶液的浓度为1mg/ml。

4.一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

技术总结
本发明公开了一种高性能宽带隙钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述钙钛矿太阳能电池从上到下依次包括ITO导电玻璃层，2‑(3,6‑二甲氧基‑9H‑咔唑‑9‑基)乙基]膦酸空穴传输层、由3,3′‑二乙基氧杂羰花青碘和Cs<subgt;0.05</subgt;(FA<subgt;0.77</subgt;MA<subgt;0.23</subgt;)<subgt;0.95</subgt;Pb(I<subgt;0.77</subgt;Br<subgt;0.23</subgt;)<subgt;3</subgt;掺杂形成的钙钛矿层，[6,6]‑苯基‑C61‑丁酸异甲酯电子传输层、2,9‑二甲基‑4,7‑联苯‑1,10‑邻二氮杂菲空穴阻挡层和金属Ag电极层。本方案采用了组分调控策略，将3,3′‑二乙基氧杂羰花青碘(DiOC2(3))作为添加剂与钙钛矿前驱体等比例掺杂，引入多官能团(C＝N，C＝C，C‑O‑C，C‑N)与钙钛矿在对称位点协同作用，与游离的Pb2+配位，钝化Pb空位缺陷，有效抑制非辐射复合，从而减少开路电压损失，实现了高效率，高稳定性的宽带隙钙钛矿太阳能电池。

技术研发人员：朱焘,王国华,张良,洪彰华,俞希熹,李绍元,祝星,常雄,朱勇,谢哲文,周梦妮,和湖雪
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/12