一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池领域，涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，特别是 涉及一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 目前，在光伏技术应用占主导地位的硅基太阳能电池已经为我们提供了装机容量 超过10GW的产品，但因其制备成本较高，工艺复杂，能否成为人类未来的主要清洁能源，发 展中的太阳电池不断遭受着质疑。钙钛矿型太阳能电池以其成本低廉、结构简单等优点吸 引了众多科研工作者的关注。
[0003] 2009年以来，以有机-无机钙钛矿材料为基础的新型太阳电池得到了广泛关注， 在短短几年内，其能量转化效率从开始的3%快速提高至15%以上，显示极具潜力的应用前 景。
[0004] 为了进一步实现其产业化的需求，高效稳定的钙钛矿太阳能电池成为目前世界科 学家追求的目标。为了更好的实现这一目标，研究者提出了利用碘化物（InCl 3、Inl3)掺杂 钙钛矿薄膜的制备工艺，其结构和传统结构相似，在钙钛矿层薄膜制备过程中通过掺杂新 材料，实现了钙钛矿层内部结晶的多重取向有序结构，进而提高的电池的开路电压和短路 电流，最终也很大程度上提高了太阳能电池的能量转换效率和电池器件的稳定性。
[0005]
【发明内容】
[0006] 要解决的技术问题：本发明的目的是公开一种高效稳定、多重取向有序结晶的钙 钛矿型太阳能电池及其制备方法，提高太阳能电池器件的能量转换效率、器件稳定性。
[0007] 技术方案：为了解决上述问题，本发明公开了一种多重取向有序结晶的钙钛矿型 太阳能电池的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤： 步骤1 :将碘化甲铵（MAI)、氯化铅（PbCl2)、氯化铟或碘化铟按摩尔比 3:0. 85:0. 05-0. 25溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌5小时，获得30wt%的钙钛矿DMF 溶液； 步骤2 :将聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PED0T:PSS)溶液采用旋涂、喷墨打 印或者卷对卷的方法加工在衬底透明电极上，形成均匀的阳极修饰层； 步骤3 :将薄膜在95°C下于空气中退火10-30分钟，形成均匀的阳极修饰层； 步骤4 :在聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐薄膜上采用旋涂、喷墨打印或者卷对 卷的方法加工钙钛矿层薄膜，95-KKTC下退火30-50分钟即可得到均匀固化的感光层； 步骤5 :在钙钛矿薄膜之上继续采用旋涂、喷墨打印或者卷对卷的方法加工处理 [6, 6]-苯基-C61- 丁酸甲酯（PCBM)薄膜，即可得到均匀的电子传输层； 步骤6 :在电子传输层薄膜之上继续采用旋涂、喷墨打印或者卷对卷的方法加工处理 4, 7-二苯基-1，10-菲P罗啉（Bphen)薄膜，即可得到均勾的阴极修饰层； 步骤7 :在阴极修饰层上采用蒸镀或者喷墨打印方法加工阴极电极。
[0008] 作为优选的技术方案，所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制 备方法，所述的步骤1中碘化甲铵、氯化铅、氯化铟或碘化铟摩尔比为3:0. 85:0. 15。
[0009] 作为优选的技术方案，所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制 备方法，所述的步骤3中将薄膜在95°C下于空气中退火20分钟。
[0010] 作为优选的技术方案，所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制 备方法，所述的步骤4中在98°C下退火40分钟。
[0011] 作为优选的技术方案，所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制 备方法，选取的氯化铟、碘化铟的纯度在99. 9%以上。
[0012] 作为优选的技术方案，所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制 备方法，所述的衬底为柔性基底、IT0玻璃、AZ0玻璃或FT0玻璃。
[0013] 作为优选的技术方案，所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制 备方法，所述的阴极电极为Ag、A1或Au，电极厚度为60-100nm。
[0014] 以上任一所述的一种多重取向有序结晶的钙钛矿型太阳能电池的制备方法制备 得到的钙钛矿型太阳能电池。
[0015] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：（1)采用掺杂InCl3、InI 3在一 定程度上减少了 Pb有毒金属元素的使用，很大程度上减小了电池制作过程中对环境的污 染，使其制备过程绿色环保； (2) 掺杂InCl3、11113使得器件钙钛矿层的结晶度和取向有序性得到改善，出现较为完 美的晶体结构，掺杂之后其薄膜沿着多个方向具有明显的结晶行为，钙钛矿晶体面具有最 多且最明显的取向多重有序性，这将使钙钛矿层出现了结晶的多重取向有序的通道，很大 程度上可以提升薄膜的电荷分离、迀移和收集速率，进而可以有效的提高器件的短路电流、 填充因子和开路电压，同时使能量转换效率得到了很大程度的提高，在较低成本的情况下 实现了高效器件的制备，进一步推动了器件工业化生产； (3) 掺杂InCl3、Inl3使得钙钛矿薄膜拥有较为稳定的晶体结构，稳定的晶体结构在很 大程度上可以有效的提高器件的性能稳定性，器件的稳定性得到了很大程度的提高，在同 一环境条件下器件具有较长的使用寿命和器件的稳定性，也为器件工业化生产提供了有力 的保证。
[0016] (4)掺杂InCl3、InI3的同时采用退火工艺出现的薄膜多重有序性是其他常规钙钛 矿薄膜所不具备的，很大程度上提高了器件的能量转换效率，无退火器件中钙钛矿薄膜也 并没有出现这种多重有序性的晶体结构，相对于无退火工艺处理的结果也很大程度上提高 了器件的能量转换效率和器件的稳定性。
[0017]
【附图说明】
[0018] 图1为本发明的制备方法制备得到的钙钛矿型太阳能电池示意图； 图2为本发明的制备方法制备的IT0玻璃基底掺杂Inl3的钙钛矿薄膜的二维X射线 衍射图。
[0019]
【具体实施方式】
[0020] 实施例1 步骤1 :提供一个IT0玻璃基底，并进行标准化清洗；将碘化甲铵、氯化铅、氯化铟按摩 尔比3:0. 85:0. 05溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌5小时，获得30wt%的钙钛矿DMF 溶液； 步骤2 :将聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐溶液采用旋涂方法加工在衬底透明 电极上，加速到4500rpm的转速下旋转40秒，形成均勾的阳极修饰层； 步骤3 :将薄膜在95°C下于空气中退火30分钟，形成均匀的阳极修饰层； 步骤4 :在聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐薄膜上采用旋涂方法加工钙钛矿层 薄膜，l〇(TC下退火30分钟即可得到均匀固化的感光层； 步骤5 :在钙钛矿薄膜之上继续采用旋涂方法加工处理[6, 6]-苯基-C61- 丁酸甲酯薄 膜，加速到2000rpm的转速下旋转40秒，即可得到均匀的电子传输层； 步骤6 :在电子传输层薄膜之上继续采用旋涂方法加工处理4, 7-二苯基-1，10-菲啰 啉薄膜，加速到4000rpm的转速下旋转40秒，即可得到均勾的阴极修饰层； 步骤7 :在阴极修饰层上采用蒸镀方法加工阴极电极Ag。
[0021] 实施例2 步骤1 :提供一个IT0玻璃基底，并进行标准化清洗；将碘化甲铵、氯化铅、氯化铟按摩 尔比3:0. 85:0. 25溶于N，N-二甲基甲酰胺溶液中，搅拌5小时，获得30wt%的钙钛矿DMF 溶液； 步骤2 :将聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐溶液采用旋涂方法加工在衬底透明 电极上，加速到4500rpm的转速下旋转40秒，形成均勾的阳极修饰层； 步骤3 :将薄膜在95°C下于空气中退火10分钟，形成均匀的阳极修饰层； 步骤4 :在聚3, 4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐薄膜上采用旋涂方法加工钙钛矿层 薄膜，95°C下退火50分钟即可得到均匀固化的感光层； 步骤5 :在钙钛矿薄膜之上继续采用旋涂方法加工处理[6, 6]-苯基-C61- 丁酸甲酯薄 膜，加速到2000rpm的转速下旋转40秒，即可得到均匀的电子传输层； 步骤6 :在电子传输层薄膜之上继续采用旋涂方法加工处理4, 7-二苯基-1，10-菲啰 啉薄膜，加速到4000rpm的转速下旋转40秒，即可得到