一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法

本发明涉及太阳能电池，具体的说，一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术：

1、作为第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池因为其生产成本低、制备工艺简单、理论光电转化效率高、可柔性化制备等优点，在未来的光伏技术发展中占有重要地位。无机铅锡混合钙钛矿由于其更好的稳定性、更高的理想转化效率和锡替换的弱毒性受到广泛关注。全无机钙钛矿太阳能电池在2015的转化效率为2.9%，在2020年快速突破20%。然而，全无机铅锡混合钙钛矿太阳能电池目前最佳效率仅有13.88%，其效率远低于全无机cspbi3钙钛矿太阳能电池。主要原因在于sn2+容易被氧化，以及铅锡混合钙钛矿在结晶时，锡基钙钛矿结晶速率过快，导致pb、sn钙钛矿结晶不同步，最终引起pb-sn混合钙钛矿结晶质量下降；其次，钙钛矿薄膜在结晶时会因为pedot:pss层出现孔洞，结晶质量较差，导致钙钛矿与pedot:pss层之间的载流子复合较为严重，非辐射损耗大。

2、目前采用的方法主要有晶界钝化、界面修饰、溶剂调控等方式抑制sn2+的氧化、抑制sn基钙钛矿结晶速率来提高钙钛矿薄膜稳定性；对pedot:pss层改进如添加氯化钠、氧化石墨烯、dmf等材料改善空穴传输层和钙钛矿层之间的晶格失配问题，从而提升钙钛矿结晶质量。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过在钙钛矿前驱体添加1-4fp分子、在pedot:pss中添加csi粉末来改善pb/sn钙钛矿同步结晶，提升无机铅锡混合钙钛矿的成膜质量，从而提升铅锡混合钙钛矿太阳能电池的稳定性及光电转化效率。

2、本发明通过下述技术方案实现：一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：

3、s1、对导电基底做紫外臭氧处理，再采用旋涂的方法制备空穴传输层，而后进行退火处理；

4、s2、将钙钛矿前驱体溶液和1-4fp（1,4-氟苯基哌嗪）/苯甲醚溶液依次涂在空穴传输层上，并进行退火处理，形成钙钛矿层；

5、s3、采用旋涂法在钙钛矿层上制备电子传输层和缓冲层；

6、s4、在缓冲层上利用热蒸镀制备金属电极，得到所述高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池。

7、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述导电基底包括基板和透明电极；所述透明电极选自氧化铟锡。

8、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述空穴传输层的材料包括聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss）。

9、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述空穴传输层的材料还包括采用搅拌的方式添加在聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss）中的csi粉末，且搅拌时间为2~3小时。

10、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤s1中，旋涂时，转速为4000~6000转/分钟（优选的为4000转/分钟），时间为20~30秒（优选的为30秒）；退火处理时，退火温度为150~200℃（优选的为150℃），退火时间为10~15分钟（优选的为15min）。

11、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述钙钛矿前驱体溶液的材料为abx3型钙钛矿，其中a为铯；b为铅和锡；x为碘；所述钙钛矿前驱体溶液的材料还含有1-4fp，即将1-4fp溶解于abx3型钙钛矿中形成最终的钙钛矿前驱体溶液。

12、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述步骤s2包括下述具体步骤：

13、s2.1、以1000~1500转/分钟（优选的为1000转/分钟）的转速旋涂钙钛矿前驱体溶液10~15秒（优选的为10秒）；

14、s2.2、以5000~7000转/分钟（优选的为5000转/分钟）的转速旋涂钙钛矿前驱体溶液20~30秒（优选的为30s）；

15、s2.3、随后旋涂1-4fp/苯甲醚溶液，以4000~6000转/分钟（优选的为4000转/min）的转速旋涂20~30秒（优选的为30s）；

16、s2.4、随即进行退火，退火温度为60~90℃（优选的为70℃），退火时间为20~30分钟（优选的为30min）。

17、进一步为更好地实现本发明所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，特别采用下述设置方式：所述电子传输层的材料为富勒烯衍生物，所述缓冲层的材料为聚乙烯亚胺。

18、本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

19、本发明1-4fp分子在钙钛矿前驱体中的添加，有效减缓了csi和sni2的反应速度，解决了无机钙钛矿中sn组分结晶过快的问题，提高薄膜的结晶质量。

20、本发明1-4fp分子的添加能够有效减少钙钛矿薄膜的晶粒尺寸，从而获得更加致密的钙钛矿薄膜，提高了薄膜的湿度和热稳定性。

21、本发明后处理的1-4fp分子对钙钛矿薄膜表面的修饰作用使得钙钛矿缺陷得到有效钝化，同时抑制了sn2+的氧化，从而提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性以及光电转化效率。

22、本发明中csi的引入提升了pedot:pss薄膜的透光率，提高了钙钛矿电池的吸收效率。

23、本发明引入csi改变了pedot:pss薄膜的能带结构，使得空穴传输层homo能级与钙钛矿价带能级之间的能级差更小，提高空穴传输层钙钛矿层中光生空穴的抽取能力，从而提高薄膜太阳能电池的性能。

24、本发明中的csi位于空穴传输层表面，使得钙钛矿结晶过程首先在pedot:pss薄膜表面形成，提升了钙钛矿薄膜在衬底表面的结晶性。

技术特征：

1.一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括下述步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述导电基底包括基板和透明电极。

3.如权利要求1所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述空穴传输层的材料包括聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss）。

4.根据权利要求3所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述空穴传输层的材料还包括采用搅拌的方式添加在聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸盐（pedot:pss）中的csi粉末，且搅拌时间为2~3小时。

5.根据权利要求4所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，旋涂时，转速为4000~6000转/分钟，时间为20~30秒；退火处理时，退火温度为150~200℃，退火时间为10~15分钟。

6.根据权利要求1所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液的材料为abx3型钙钛矿，其中a为铯；b为铅和锡；x为碘。

7.根据权利要求1所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述钙钛矿前驱体溶液的材料还含有1-4fp。

8.根据权利要求1所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤s2包括下述具体步骤：

9.根据权利要求1所述的一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述电子传输层的材料为富勒烯衍生物，所述缓冲层的材料为聚乙烯亚胺。

技术总结
本发明公开了一种高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过在钙钛矿前驱体添加1‑4FP分子、在PEDOT:PSS中添加CsI粉末来改善Pb/Sn钙钛矿同步结晶，提升无机铅锡混合钙钛矿的成膜质量，从而提升铅锡混合钙钛矿太阳能电池的稳定性及光电转化效率，包括下述步骤：首先对导电基底做紫外臭氧处理，再采用旋涂的方法制备空穴传输层，而后进行退火处理；然后将钙钛矿前驱体溶液和1‑4FP/苯甲醚溶液依次涂在上述导电基底上，并进行退火处理，形成钙钛矿层；再次采用旋涂法在上述基底上制备电子传输层和缓冲层；最后在缓冲层上利用热蒸镀制备金属电极，得到所述高效铅锡混合钙钛矿太阳能电池。

技术研发人员：张婷,马伟泽,金琰迪,李世彬
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13