一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池

本发明涉及一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池，属于太阳能电池制备工艺及器件领域。

背景技术：

1、随着社会经济和科技的飞速发展，世界正面临着能源、环境和气候的巨大挑战。大多数国家正在向可持续能源的未来过渡。太阳能由于其丰富的资源和可再生的过程，目前被认为是最环保和最高效的清洁能源之一。钙钛矿太阳能电池作为一类新型光伏电池，成为了最有前景的光伏和光电材料。尽管基于铅的卤化物钙钛矿在光伏领域取得了很大的成就，但铅基钙钛矿太阳能电池面临着材料稳定性差和铅毒性的问题，阻碍了规模化发展。所以研究人员正在不断的寻找稳定高性能的无铅钙钛矿材料。锑基钙钛矿因其高吸收系数、独特的光电特性和卓越的稳定性而备受关注，然而，锑基钙钛矿的制备过程中晶体的稳定性和表面的缺陷会影响电池的光电性能。

2、在这一背景下，引入路易斯碱作为添加剂是一种改进锑基钙钛矿太阳能电池性能的尝试。路易斯碱作为一类含有孤对电子对的化合物，可以在晶体生长的过程中影响钙钛矿的形貌和表面能级结构，进而调控晶体的缺陷密度和载流子传输性能。因此，基于路易斯碱添加剂的锑基钙钛矿太阳能电池的研究具有重要的科学意义和实际应用前景，对于克服锑基钙钛矿电池目前面临的挑战具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池，通过在锑基钙钛矿前驱体溶液中引入路易斯碱添加剂，可以在晶体生长的过程中影响钙钛矿的形貌和结晶度，促进钙钛矿的成核、延缓结晶，进而调控晶体的缺陷密度和载流子传输性能，从而有效提高锑基钙钛矿薄膜的质量，最终使锑基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率得到改善。

2、本发明为实现目的，采用如下技术方案：

3、一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池，其特点在于：所述反型锑基钙钛矿太阳能电池是在透明导电衬底上依次逐层设置有空穴传输层、锑基钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，在形成所述锑基钙钛矿吸光层的锑基钙钛矿前驱体溶液中加入有路易斯碱添加剂。

4、进一步：所述透明导电衬底为ito或fto；所述空穴传输层为pedot:pss；所述电子传输层为pc61bm；所述空穴阻挡层为bcp(浴铜灵)；所述金属电极层为ag、au、al或cu；所述锑基钙钛矿吸光层为aabbxx型化合物薄膜，其中a为ma+、fa+、cs+和rb+中的一种或者两种，b为sb3+，x为i-、br-或cl-。

5、进一步：所述路易斯碱添加剂为n-甲基吡咯烷酮、硫代乙酰胺、硫脲、脒基硫脲、乙酰胺、尿素、4-氨基吡啶、2-氨基吡啶、六甲基磷酰三胺和苯胺中的至少一种；所述路易斯碱添加剂在锑基钙钛矿前驱体溶液中的浓度为3～5mg/ml或10～15vol％。

6、本发明还公开了所述基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

7、步骤1，将透明导电衬底依次使用洗涤剂、超纯水、丙酮、异丙醇超声处理后，用n2吹干，然后经紫外臭氧清洗机处理，取出备用；

8、步骤2，将pedot:pss水溶液过滤后，旋涂在经步骤1处理后的透明导电衬底上，退火，制得空穴传输层；

9、步骤3，将锑基钙钛矿吸光层材料以及路易斯碱添加剂溶解在dmso和dmf的混合溶剂中，加热搅拌，得到锑基钙钛矿前驱体溶液，过滤后旋涂在步骤2制得的空穴传输层上，随后进行两步退火，制得锑基钙钛矿吸光层；

10、步骤4，将电子传输层材料溶解在氯苯中，溶液过滤后旋涂到步骤3制得的锑基钙钛矿吸光层上，制得电子传输层；

11、步骤5，将空穴阻挡层材料溶解在异丙醇中，溶液过滤后旋涂到步骤4制得的电子传输层上，制得空穴阻挡层；

12、步骤6，在高真空下，通过热蒸发在步骤5制得的空穴阻挡层上蒸镀金属电极，即完成反型锑基钙钛矿太阳能电池的制备。

13、进一步，步骤2中，pedot:pss水溶液的旋涂速度为3000～5000rpm、时间为30～40s，退火温度为130～150℃、时间为10～20min。

14、进一步，步骤3中，锑基钙钛矿吸光层材料为碱金属卤化物、卤化有机胺盐和卤化锑盐，dmso和dmf的体积比为2～4：1。

15、进一步，步骤3中：所述加热搅拌的温度为60～80℃、时间为8～12h；所述锑基钙钛矿前驱体溶液的旋涂速度为4000～6000rpm、时间为30～60s；所述两步退火是先在60～80℃预退火30～40min，再在100～150℃退火10～20min。

16、进一步，步骤4中，电子传输层材料溶解在氯苯中的浓度为15～25mg/ml，旋涂速度为1000～3000rpm、时间为30～40s。

17、进一步，步骤5中，空穴阻挡层材料溶解在异丙醇中的浓度为0.5～1mg/ml，旋涂速度为4000～6000rpm、时间为30～40s。

18、进一步，步骤6中，所述金属电极的厚度为100～150nm。

19、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

20、1、本发明通过在锑基钙钛矿前驱体溶液中引入路易斯碱添加剂，很好的调节了作为吸光层的钙钛矿的成核，延缓了结晶，从而增大薄膜晶粒尺寸、减少晶界，抑制电池内部的非辐射复合，提升电荷载流子的传输性能，提高电池的光电转换效率。

21、2、本发明所选的路易斯碱含有-c＝s、-c＝o或-nh2等官能团，均可与前驱体溶液中的sb3+发生配位作用，可以钝化钙钛矿薄膜中阴离子缺陷，抑制sbi3的挥发，从而促进钙钛矿结构的稳定性。

22、3、本发明制备反型锑基钙钛矿太阳能电池的方法具有工艺简单、成本低廉、环境友好的特点。

技术特征：

1.一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池，所述反型锑基钙钛矿太阳能电池是在透明导电衬底上依次逐层设置有空穴传输层、锑基钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，其特征在于：在形成所述锑基钙钛矿吸光层的锑基钙钛矿前驱体溶液中加入有路易斯碱添加剂。

2.根据权利要求1所述的一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述透明导电衬底为ito或fto；所述空穴传输层为pedot:pss；所述电子传输层为pc61bm；所述空穴阻挡层为bcp；所述金属电极层为ag、au、al或cu；所述锑基钙钛矿吸光层为aabbxx型化合物薄膜，其中a为ma+、fa+、cs+和rb+中的一种或者两种，b为sb3+，x为i-、br-或cl-。

3.根据权利要求1或2所述一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述路易斯碱添加剂为n-甲基吡咯烷酮、硫代乙酰胺、硫脲、脒基硫脲、乙酰胺、尿素、4-氨基吡啶、2-氨基吡啶、六甲基磷酰三胺和苯胺中的至少一种；所述路易斯碱添加剂在锑基钙钛矿前驱体溶液中的浓度为3～5mg/ml或10～15vol％。

4.一种权利要求1～3中任意一项所述基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤2中，pedot:pss水溶液的旋涂速度为3000～5000rpm、时间为30～40s，退火温度为130～150℃、时间为10～20min。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3中，dmso和dmf的体积比为2～4：1。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤3中：所述加热搅拌的温度为60～80℃、时间为8～12h；所述锑基钙钛矿前驱体溶液的旋涂速度为4000～6000rpm、时间为30～60s；所述两步退火是先在60～80℃预退火30～40min，再在100～150℃退火10～20min。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤4中，电子传输层材料溶解在氯苯中的浓度为15～25mg/ml，旋涂速度为1000～3000rpm、时间为30～40s。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤5中，空穴阻挡层材料溶解在异丙醇中的浓度为0.5～1mg/ml，旋涂速度为4000～6000rpm、时间为30～40s。

10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤6中，所述金属电极的厚度为100～150nm。

技术总结
本发明公开了一种基于路易斯碱添加剂的反型锑基钙钛矿太阳能电池，是在透明导电衬底上依次逐层设置有空穴传输层、锑基钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，且在形成锑基钙钛矿吸光层的锑基钙钛矿前驱体溶液中加入有路易斯碱添加剂。本发明通过在钙钛矿前驱体溶液中引入路易斯碱添加剂，可以在晶体生长的过程中影响钙钛矿的形貌和结晶度，促进钙钛矿的成核、延缓结晶，进而调控晶体的缺陷密度和载流子传输性能，从而有效提高了锑基钙钛矿薄膜的质量，最终使锑基钙钛矿太阳能电池的光电转换效率得到改善。

技术研发人员：陈慧雅,陈珊,詹超宇,陶利民
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17