一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法

本发明涉及光伏器件，特别是涉及一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法。

背景技术：

1、随着信息技术的快速发展，越来越多的物联网传感器部署在室内，数量庞大，这些分布式和远程工作传感器的广泛部署，对传统供电方式提出了挑战。为了降低物联网设备的功耗，产业界已经开发了多种低功耗无线通信协议，例如低功耗蓝牙(ble)和zigbee，基于这些协议的物联网器件，其功耗通常在数百微瓦的范围内。在通常的生活和办公工作条件下，室内光源的强度范围是200到2000勒克斯，对应的功率密度在50-1000微瓦每平方厘米，面积为数平方厘米且效率约为30％的太阳能电池在室内光照条件下可以输出接近毫瓦的功率，能够满足室内物联网设备的供电需求。因此，使用室内光伏器件为物联网器件供电是一个行之有效的方案，同时解决了分布式供电需求和维护成本方面的难题。

2、钙钛矿太阳能电池因其光电性能优越、带隙可调、制造工艺简单、成本低等优势吸引了广泛的研究关注。但是，由于室内光源和太阳光存在较大差异，传统太阳光下高效率的钙钛矿太阳能电池器件并不是室内光伏器件的最优选择，为了满足室内光伏器件最高效率的需求，需要使用宽带隙钙钛矿材料。

3、目前实现宽带隙钙钛矿材料的策略主要是将钙钛矿组分中的部分碘离子替换为溴离子。然而，在光照条件下，宽带隙钙钛矿中的碘离子和溴离子会发生团聚，发生相分离。相分离导致溴富集和碘富集区域的形成，成为载流子的主要陷阱，将严重降低室内光伏的效率和相稳定性。此外，钙钛矿表面的缺陷也会造成载流子发生严重的非辐射复合，进一步降低了宽带隙钙钛矿电池在室内条件下的效率。因此，亟需提升宽带隙钙钛矿材料的相稳定性并降低表面缺陷对电池性能的影响，从而提升宽带隙钙钛矿室内光伏的效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，解决了现有技术中用于室内光伏的宽带隙钙钛矿材料中的相分离和表面缺陷问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，包括以下步骤：

3、s1制备空穴传输层：将透明导电ito基底清洗烘干后进行紫外臭氧或者等离子体处理，在处理后的ito基底表面旋涂空穴传输材料并进行退火处理，形成空穴传输层备用；

4、s2制备宽带隙钙钛矿薄膜：制备宽带隙钙钛矿前驱体溶液，将宽带隙钙钛矿前驱体溶液进行掺杂处理形成钙钛矿前驱体a溶液，将钙钛矿前驱体a溶液旋涂于s1的空穴传输层上形成宽带隙钙钛矿薄膜，并对宽带隙钙钛矿薄膜进行退火处理；

5、s3进行表面钝化处理：将表面钝化添加剂溶解制得b溶液，将b溶液旋涂于s2的宽带隙钙钛矿薄膜上，并进行退火处理；

6、s4制备电子传输层：在s3处理后的宽带隙钙钛矿薄膜上沉积电子传输层；

7、s5制备空穴阻挡层：在s4制备的电子传输层上沉积空穴阻挡层材料；

8、s6制备金属电极：在s5制备的空穴阻挡层上沉积金属电极。

9、优选的，s1中空穴传输材料为ptaa(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])，将ptaa溶液旋涂在ito基底上，在100℃下退火10分钟，然后在ptaa表面旋涂pfn-br的甲醇溶液形成ptaa/pfn-br空穴传输层，将空穴传输层在100℃退火10秒后立即进行步骤s2。

10、优选的，s2中将fai(碘化甲醛)、csi(碘化铯)、pbi2(碘化铅)、pbbr2(溴化铅)混合并溶解于dmf(n,n-二甲基甲酰胺)和dmso(二甲基亚砜)的混合溶液中制得宽带隙钙钛矿前驱体溶液，其中fai、csi、pbi2、pbbr2的摩尔比为0.8:0.2:0.4:0.6。

11、优选的，s2中掺杂处理为使用hai(己胺氢碘酸盐)或habr(己胺氢溴酸盐)进行掺杂处理，掺杂处理时为将hai和pb(scn)2(硫氰酸铅)或habr和pb(scn)2添加到宽带隙钙钛矿前驱体溶液中进行掺杂处理。

12、优选的，s3中表面钝化添加剂为theai(噻吩乙基碘化胺)或theabr(噻吩乙基溴化胺)；当钙钛矿前驱体a溶液为使用hai掺杂时，b溶液为将theai溶解于ipa(异丙醇)中搅拌均匀；当钙钛矿前驱体a溶液为使用habr掺杂时，b溶液为将theabr溶解于ipa中搅拌均匀。

13、s2中的前驱体添加剂hai和s3中的表面钝化添加剂theai必须联合使用；或者是s2中的前驱体添加剂habr和s3中的表面钝化添加剂theabr必须联合使用，从而提高宽带隙钙钛矿室内光伏器件的效率。

14、优选的，s4中电子传输材料为富勒烯c60。

15、优选的，s5中空穴阻挡材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(bcp)。

16、优选的，s6中金属电极材料为银电极，电极的厚度为80-150nm。

17、一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法制得的高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件。

18、本发明的有益效果：

19、(1)本发明选择宽带隙钙钛矿材料作为室内光伏器件的光吸收层，满足室内光伏器件理想禁带宽度的需求，使用hai和theai或habr和theabr两种碘盐或溴盐分别进行体相、表面掺杂，提升宽带隙钙钛矿材料的相稳定性并降低表面缺陷对钙钛矿光电性质的影响。

20、(2)本发明制备的宽带隙钙钛矿室内光伏器件在3800k、1200lux的白光led光照条件下，能够获得38.18％的能量转换效率，满足商用物联网传感器的供电需求，推动了宽带隙钙钛矿室内光伏器件的发展，推动了钙钛矿技术在物联网器件中的应用。

21、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s1中空穴传输材料为ptaa，将ptaa溶液旋涂在ito基底上，在100℃下退火10分钟，然后在ptaa表面旋涂pfn-br的甲醇溶液形成ptaa/pfn-br空穴传输层，将空穴传输层在100℃退火10秒后立即进行步骤s2。

3.根据权利要求1所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s2中将fai、csi、pbi2、pbbr2混合并溶解于dmf和dmso的混合溶液中制得宽带隙钙钛矿前驱体溶液，其中fai、csi、pbi2、pbbr2的摩尔比为0.8:0.2:0.4:0.6，dmf和dmso的体积比为4：1。

4.根据权利要求1所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s2中掺杂处理为使用hai或habr进行掺杂处理，掺杂处理时为将hai和pb(scn)2或habr和pb(scn)2添加到宽带隙钙钛矿前驱体溶液中进行掺杂处理。

5.根据权利要求4所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s3中表面钝化添加剂为theai或theabr；当钙钛矿前驱体a溶液为使用hai掺杂时，b溶液为将theai溶解于ipa中搅拌均匀；当钙钛矿前驱体a溶液为使用habr掺杂时，b溶液为将theabr溶解于ipa中搅拌均匀。

6.根据权利要求1所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s4中电子传输材料为富勒烯c60。

7.根据权利要求1所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s5中空穴阻挡材料为2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉。

8.根据权利要求1所述的一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，其特征在于：s6中金属电极材料为银电极，电极的厚度为80-150nm。

9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件。

技术总结
本发明涉及光伏器件技术领域，特别是涉及一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，包括以下步骤：制备空穴传输层；制备宽带隙钙钛矿薄膜：将宽带隙钙钛矿前驱体溶液进行掺杂处理形成钙钛矿前驱体a溶液，将钙钛矿前驱体a溶液旋涂于S1的空穴传输层上形成宽带隙钙钛矿薄膜，并对宽带隙钙钛矿薄膜进行退火处理；进行钝化处理：将表面钝化添加剂溶解制得b溶液，将b溶液旋涂于S2的宽带隙钙钛矿薄膜上，并进行退火处理；制备电子传输层；制备空穴阻挡层；制备金属电极。本发明采用上述一种高效率宽带隙钙钛矿室内光伏器件的制备方法，解决了现有技术中用于室内光伏的宽带隙钙钛矿材料中的相分离和表面缺陷问题。

技术研发人员：李灿,李祯,梁宇,张毅聪,杨小荣
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1