具有近红外光谱响应的低维钙钛矿太阳能电池及制备方法

本发明涉及太阳能电池，特别是涉及一种具有近红外光谱响应的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、相对于传统的三维(3d)钙钛矿，低维钙钛矿材料(2d,1d,0d等)由于其结构多样性和更好的稳定性，引起人们的关注。如今，许多2d、1d或0d钙钛矿材料已被报道，并在光电器件中显示出应用潜力。然而，低维钙钛矿通常意味着大的带隙，极大地限制了它们的广泛应用。以太阳能电池为例，目前的低维钙钛矿太阳能电池只能利用波长＜700nm的光，这从根本上决定了它们难以实现高的转化效率。

2、事实上，低维钙钛矿含有有机和无机成分，并且应该能够表现出这两种成分的组合性质。与传统钙钛矿中的简单有机铵阳离子(ba、pea等)不同，有机半导体阳离子可能在低维钙钛矿的光电性质调节中发挥更积极的作用。然而，与3d钙钛矿相比，低维钙钛矿在光电响应和器件效率方面仍存在巨大差距。要实现高效率的低维钙钛矿电池，其面临的首要问题是如何拓宽其光谱响应范围。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是针对低维钙钛矿的宽带隙以及窄光谱响应问题，提供一种具有近红外光谱响应的低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该方法可以利用花青碘化物染料自身的碘盐特性使其能够与金属卤化物相互作用并形成低维钙钛矿；同时，低维钙钛矿自身的规整结构将促进花青染料的分子排列和结晶，从而有利于光生电荷的传输。将所得的低维钙钛矿应用于太阳能电池，可有效拓宽低维钙钛矿电池的光谱响应范围。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种具有近红外光谱响应的低维钙钛矿太阳能电池，所述的低维钙钛矿太阳能电池包括：依次叠层设置的衬底、空穴传输层、钙钛矿薄膜层、电子传输层和电极层，所述钙钛矿薄膜层为低维钙钛矿薄膜；

4、所述低维钙钛矿薄膜由金属卤化物mx2和花青碘化物染料构成；其中，所述金属卤化物mx2中m为pb2+、sn2+和ge2+中的任意一种；x为卤素离子；

5、所述的花青碘化物染料为1h-苯并[e]吲哚鎓2-[2-[2-氯-3-[2-(3-乙基-1,3-二氢-1,1-二甲基-2h-苯并[e]亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]乙烯基]-3-乙基1,1-二甲基碘化物(815ei)、2-[2-[2-氯-3-[(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-丙基-2h-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烷-1-基]-乙烯基]-3,3-二甲基-1-丙-1h-吲哚鎓碘化物(775pi)、3,3'-二乙基氧代二羰花青碘化物(dodci)、3,3'-二乙基氧杂羰花青碘(doci)和3,3'-二丙基硫杂二羰花青碘化物(disci)中的一种或几种；

6、所述的低维钙钛矿薄膜，其薄膜厚度为10-100nm；

7、所述电子传输层为pcbm、c60和sno2中的一种或者几种。

8、一种所述低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

9、提供一衬底；

10、在所述衬底上形成空穴传输层；以及

11、在所述空穴传输层上形成低维钙钛矿薄膜层；以及

12、在所述低维钙钛矿薄膜层上形成电子传输层；以及

13、在所述电子传输层上形成金属电极层；其中，

14、所述低维钙钛矿薄膜层的形成，具体包括：

15、所述低维钙钛矿薄膜层由金属卤化物(mx2)和花青碘化物染料构成，所述金属卤化物mx2中m为pb2+、sn2+和ge2+中的任意一种；x为卤素离子；所述的花青碘化物染料为1h-苯并[e]吲哚鎓,2-[2-[2-氯-3-[2-(3-乙基-1,3-二氢-1,1-二甲基-2h-苯并[e]亚基)亚乙基]-1-环己烯-1-基]乙烯基]-3-乙基1,1-二甲基碘化物(缩写：815ei)、2-[2-[2-氯-3-[(1,3-二氢-3,3-二甲基-1-丙基-2h-吲哚-2-亚基)亚乙基]-1-环己烷-1-基]-乙烯基]-3,3-二甲基-1-丙-1h-吲哚鎓碘化物(缩写：775pi)、3,3'-二乙基氧代二羰花青碘化物(dodci)、3,3'-二乙基氧杂羰花青碘(缩写：doci)和3,3'-二丙基硫杂二羰花青碘化物(缩写：disci)中的一种或几种；

16、将mx2和花青碘化物染料溶解在溶剂中，得到低维钙钛矿前驱体溶液；其中，mx2和花青碘化物染料的摩尔比为1:1或2:1；溶剂为n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的一种或两种混合；

17、然后在氮气手套箱中用匀胶机将钙钛矿前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，转速为先1500-2000转/分旋涂8-10秒，再4000-5000转/分旋涂20-22秒；

18、在80-150℃退火处理5-20分钟，形成低维钙钛矿薄膜层。

19、本发明的有益效果：花青碘化物染料自身的碘盐特性使其能够与金属卤化物相互作用并形成低维钙钛矿；同时，低维钙钛矿自身的规整结构将促进花青染料的分子排列和结晶，从而有利于光生电荷的传输。将所得的低维钙钛矿应用于太阳能电池，可以借助有机染料的宽光谱吸收，有效拓宽低维钙钛矿电池的光谱响应范围，实现低维钙钛矿电池在近红外区域的光谱响应。同时，由于低维钙钛矿自身的稳定性优势，所得低维钙钛矿电池能够表现出良好的稳定性。本发明为宽光谱响应的低维钙钛矿电池的制备提供了一种新的方法。

技术特征：

1.一种具有近红外光谱响应的低维钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的低维钙钛矿太阳能电池包括：依次叠层设置的衬底、空穴传输层、钙钛矿薄膜层、电子传输层和电极层，所述钙钛矿薄膜层为低维钙钛矿薄膜；

2.一种权利要求1所述低维钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种具有近红外光谱响应的低维钙钛矿太阳能电池及制备方法，所述的低维钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层为低维钙钛矿薄膜，所述低维钙钛矿薄膜层由金属卤化物（MX<subgt;2</subgt;）和花青碘化物染料构成。花青碘化物染料自身的碘盐特性使其能够与金属卤化物相互作用并形成低维钙钛矿；同时，低维钙钛矿自身的规整结构将促进花青染料的分子排列和结晶，从而有利于光生电荷的传输。将所得的低维钙钛矿应用于太阳能电池，可以借助有机染料的宽光谱吸收，有效拓宽低维钙钛矿电池的光谱响应范围，实现低维钙钛矿电池在近红外区域的光谱响应。同时，由于低维钙钛矿自身的稳定性优势，所得低维钙钛矿电池能够表现出良好的稳定性。本发明为宽光谱响应的低维钙钛矿电池的制备提供了一种新的方法。

技术研发人员：方俊锋,李晓冬
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21