一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，尤其涉及一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池是利用钙钛矿结构材料作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代薄膜电池的代表，包括钙钛矿单结电池和钙钛矿叠层电池两种类型。相比于晶硅电池，钙钛矿电池具有理论转换效率高、生产成本低、制备工艺简单、高柔性等优势，可以应用于光伏发电、led等领域，发展前景广阔。钙钛矿是一种与矿物钙钛氧化物(最早发现的钙钛矿晶体)晶体结构相同的材料。钙钛矿晶体可以在超声波机器、存储芯片和现在的太阳能电池中找到。钙钛矿电池是以钙钛矿型有机金属卤化物半导体为吸光材料的电池，多用作太阳能电池，即钙钛矿太阳能电池，属于第三代太阳能电池。

2、另外，钙铁矿电池还具备更少材料用量、更低生产能耗、更高组件功率、更长工作时间等优点。由于其钙铁矿可低温柔性制备的特点，原材料(如碘化铅、甲胺、甲脒等)均可溶于有机溶剂中得到前驱体溶液，这些过程均可在室温条件下完成。将这些前驱体溶液通过旋涂、狭缝刮涂等液相制膜工艺均匀涂抹在基底材料上，辅以最高不超过200℃的退火处理，即可得到钙钛矿吸光层薄膜。钙钙钛矿光伏中的其他层材料也可使用同样的液相制膜工艺或热蒸镀工艺制备，整个电池制备流程从原材料到最终成品，具有步骤少、能耗低、可液相制备的特点，赋予了其低廉的综合制造成本。

3、钙钛矿电池主要由钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴传输层等组成，在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿吸光层的质量直接影响电池的性能。钙钛矿薄膜在生长过程中，薄膜晶界与表面会产生很多缺陷，这些缺陷形成复合中心，降低钙钛矿太阳能电池的性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明中的钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率。

2、本发明提供一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，依次包括：

3、基底，第一电荷传输层、改性钙钛矿层、第二电荷传输层和电极；

4、所述改性钙钛矿层包括卤化物钙钛矿和吗啉卤酸盐，所述吗啉卤酸盐通过掺杂或者涂覆对所述卤化钙钛矿进行改性。

5、优选的，所述吗啉卤酸盐包括吗啉氢碘酸盐、吗啉氢溴酸盐、吗啉盐酸盐、2-吗啉乙酸盐酸盐、3-吗啉乙酸盐酸盐和4-吗啉乙酸盐酸盐中的一种或几种。

6、优选的，所述吗啉卤酸盐通过掺杂对所述卤化钙钛矿进行改性时，所述吗啉卤酸盐与卤化物钙钛矿的摩尔比为(0.001～0.1)：1。

7、优选的，所述吗啉卤酸盐通过涂覆对所述卤化钙钛矿进行改性时，所述钙钛矿层包括卤化物钙钛矿层和吗啉卤酸盐层，所述吗啉卤酸盐层的厚度为1～20nm。

8、优选的，所述第一电荷传输层包括二氧化钛、二氧化锡、niox和ptaa中的一种或几种；厚度为10～40nm。

9、优选的，所述第二电荷传输层包括spiro-ometad、pcbm和c60中的一种或几种；厚度为50～300nm。

10、优选的，所述电极选自金属电极、碳电极和透明导电氧化物电极中的一种或几种；厚度为50～150nm。

11、本发明提供如上文所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

12、a)在基底表面制备第一电荷传输层；

13、b)在第一电荷传输层表面涂覆改性钙钛矿前驱体溶液，退火形成改性钙钛矿层；

14、所述改性钙钛矿前驱体溶液包括卤化物钙钛矿和吗啉卤酸盐；

15、或者，在第一电荷传输层表面涂覆卤化物钙钛矿前驱体溶液，退火形成卤化钙钛矿层，然后将吗啉卤酸盐溶液涂覆在卤化物钙钛矿层表面，退火得到改性钙钛矿层；

16、c)在改性钙钛矿层表面依次制备第二电荷传输层和电极，得到吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池。

17、优选的，涂覆改性钙钛矿前驱体溶液后的退火温度为100～200℃；退火时间为5～20min。

18、优选的，涂覆卤化物钙钛矿前驱体溶液后的退火温度为100～200℃；退火时间为5～20min；

19、涂覆吗啉卤酸盐溶液后的退火温度为60～100℃；退火时间为3～10min。

20、本发明提供了一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，依次包括：基底，第一电荷传输层、改性钙钛矿层、第二电荷传输层和电极；所述改性钙钛矿层包括卤化物钙钛矿和吗啉卤酸盐，所述吗啉卤酸盐通过掺杂或者涂覆对所述卤化钙钛矿进行改性。本发明使用吗啉卤酸盐对钙钛矿层进行改性，吗啉卤酸盐中的吗啉结构和卤素离子可以钝化钙钛矿薄膜和表面的缺陷，提高电池的开路电压，最终提高电池效率。

技术特征：

1.一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，依次包括：

2.根据权利要求1所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述吗啉卤酸盐包括吗啉氢碘酸盐、吗啉氢溴酸盐、吗啉盐酸盐、2-吗啉乙酸盐酸盐、3-吗啉乙酸盐酸盐和4-吗啉乙酸盐酸盐中的一种或几种。

3.根据权利要求2所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述吗啉卤酸盐通过掺杂对所述卤化钙钛矿进行改性时，所述吗啉卤酸盐与卤化物钙钛矿的摩尔比为(0.001～0.1)：1。

4.根据权利要求2所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述吗啉卤酸盐通过涂覆对所述卤化钙钛矿进行改性时，所述钙钛矿层包括卤化物钙钛矿层和吗啉卤酸盐层，所述吗啉卤酸盐层的厚度为1～20nm。

5.根据权利要求1所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电荷传输层包括二氧化钛、二氧化锡、niox和ptaa中的一种或几种；厚度为10～40nm。

6.根据权利要求1所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二电荷传输层包括spiro-ometad、pcbm和c60中的一种或几种；厚度为50～300nm。

7.根据权利要求1所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极选自金属电极、碳电极和透明导电氧化物电极中的一种或几种；厚度为50～150nm。

8.如权利要求1～7任意一项所述的吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，涂覆改性钙钛矿前驱体溶液后的退火温度为100～200℃；退火时间为5～20min。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，涂覆卤化物钙钛矿前驱体溶液后的退火温度为100～200℃；退火时间为5～20min；

技术总结
本发明提供了一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池，依次包括：基底，第一电荷传输层、改性钙钛矿层、第二电荷传输层和电极；所述改性钙钛矿层包括卤化物钙钛矿和吗啉卤酸盐，所述吗啉卤酸盐通过掺杂或者涂覆对所述卤化钙钛矿进行改性。本发明使用吗啉卤酸盐对钙钛矿层进行改性，吗啉卤酸盐中的吗啉结构和卤素离子可以钝化钙钛矿薄膜和表面的缺陷，提高电池的开路电压，最终提高电池效率。本发明还提供了一种吗啉卤酸盐钝化钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术研发人员：王兴涛,赵志国,赵东明,秦校军,蔺子甄,张迟,石从波,周养盈
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1