一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池具有工艺成本低、光电转换效率高、缺陷容限高、可制备柔性器件等优点，近年来受到广大科研工作者的青睐。其中，全无机钙钛矿cspbi3因其合适的带隙和出色的热稳定性，在单结或串联太阳能电池中作为光活性层的商业应用方面表现出良好的前景。因为cspbi3内部的离子键较强，成键和结晶较难控制，导致在初期的研究阶段cspbi3薄膜的结晶度和光电转换效率一度不高。dmai(二甲基碘化铵)作为辅助结晶的物质被引入到前驱体溶液以后，cspbi3的结晶过程得到了良好的调控，器件性能得到明显提升。自此以后基于有机配体的掺杂剂工程和溶剂工程得到广泛开发。引入有机配体的配位作用，可以在结晶过程中导致加合物或者中间相的形成，起到延缓结晶速度或降低成核反应活化能的作用，进而改善结晶质量。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

2、本发明所述的一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：从下至上依次由fto导电玻璃衬底、tio2电子传输层、2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的cspbi3钙钛矿光活性层、spiro-ometad空穴传输层和ag电极组成，2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的cspbi3钙钛矿光活性层的厚度为0.8～1.2μm，tio2电子传输层的厚度为40～100nm，spiro-ometad空穴传输层的厚度为200～300nm，ag电极的厚度为80～100nm。

3、本发明将2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂进cspbi3前驱体溶液中，2-氨乙基甲砜盐酸盐和钙钛矿溶液中i-离子会产生氢键作用，和pb2+离子会产生路易斯酸碱作用，双重作用下前体溶液中的碘化铅胶体框架的生长会被抑制，进而促进pbi2与dmai的反应，改善钙钛矿中间相dmapbi3的结晶，提高cspbi3薄膜的晶粒尺寸和平整度。最终器件的缺陷态密度降低，稳定了载流子传输，提高了光电转换效率。同时，2-氨乙基甲砜盐酸盐在退火后会继续留在膜内与钙钛矿晶格作用，起到钝化表面缺陷的作用，明显提升器件的长期稳定性。

4、本发明所述的一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：

5、(1)衬底的处理

6、将fto导电玻璃衬底用丙酮、乙醇、异丙醇分别超声清洗15～20分钟，氮气吹干后用紫外-臭氧清洗机处理20～30分钟；

7、(2)tio2电子传输层的制备

8、在搅拌的同时将1.8～2.25ml四氯化钛逐滴滴加到冰水混合物中，搅拌20～30分钟至完全溶解，得到四氯化钛水溶液；将步骤(1)得到的fto导电玻璃衬底置于四氯化钛水溶液中，于70～75℃加热1～2h，取出后用去离子水冲洗干净并用氮气吹干，再在200～220℃加热20～30min，在fto导电玻璃衬底上得到厚度40～100nm的tio2电子传输层；

9、(3)钙钛矿光活性层的制备

10、(a)活性层溶液的制备

11、将336.6～480.9mg碘化铅、155.8～222.6mg碘化铯、103.8～148.3mg二甲基碘化铵(dmai)、2.3～5.8mg 2-氨乙基甲砜盐酸盐溶解在1ml dmf和dmso的混合混合溶剂中，dmf和dmso的体积比为8.5：1.5，在500～700rpm下搅拌12～20h，得到2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿前驱体溶液；

12、(b)活性层的制备

13、将步骤(a)所得溶液以两步旋涂法旋涂到步骤(2)得到的tio2电子传输层上，第一步旋涂转速1200～1500rpm，旋涂时间10～15s；第二步旋涂转速3800～4200rpm，旋涂时间30～40s；然后在65～75℃下退火2～3min，再在180～200℃下退火6～9min，得到厚度0.8～1.2μm的2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的cspbi3钙钛矿光活性层；

14、(4)spiro-ometad空穴传输层的制备

15、(a)空穴传输层溶液制备

16、将80～100mg spiro-ometad溶解于1ml氯苯中，在500～700rpm的搅拌速度下搅拌1～2h得到spiro-ometad的氯苯溶液；将500～550mg双三氟甲烷磺酰亚胺锂(litfsi，阿拉丁)溶解在1ml乙腈(can，北京百灵威)中，在500～700rpm的速度下搅拌2～3h得到litfsi的乙腈溶液；在1ml spiro-ometad的氯苯溶液中加入22μllitfsi的乙腈溶液和36μl 4-叔丁基吡啶溶液(tbp，阿拉丁)，在500～700rpm的速度下搅拌12～15h，得到空穴传输层溶液；

17、(b)空穴传输层的制备

18、将空穴传输层溶液以3500～4500rpm的转速旋涂在步骤(3)所得的cspbi3钙钛矿光活性层上，旋涂时间为20～30s，得到厚度为200～300nm的spiro-ometad空穴传输层；

19、进一步的，涂覆好空穴传输层后，将器件置于纯氧气氛中进行充分氧化，氧化时间为2～5小时；

20、(5)ag电极制备

21、在压强为1*10-4～1*10-3pa的条件下，在spiro-ometad空穴传输层上蒸镀ag电极，厚度为80～100nm，生长速率为从而得到本发明所述的基于2-氨乙基甲砜盐酸盐掺杂的钙钛矿太阳能电池。

22、本发明利用2-氨乙基甲砜盐酸盐与钙钛矿前驱体溶液中i-离子的氢键作用和pb2+离子的路易斯酸碱作用抑制前体溶液中碘化铅胶体框架的生长，促进了pbi42-与cs+离子和dma+离子的反应，起到降低化学反应活化能促进结晶的作用，调控cspbi3结晶过程，增加中间相和最终成膜的晶粒尺寸和结晶度。同时，退火后2-氨乙基甲砜盐酸盐会留在膜内钝化缺陷，以起到减少缺陷态密度，改善载流子传输的作用，从而提升了钙钛矿太阳能电池器件的性能。

技术特征：

1.一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐前驱体掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：

2.如权利要求1所述的一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐前驱体掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(3b)中，第一步旋涂转速1200～1500rpm，旋涂时间10～15s；第二步旋涂转速3800～4200rpm，旋涂时间30～40s。

3.如权利要求1所述的一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐前驱体掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(4b)中涂覆好空穴传输层后，将器件置于纯氧气氛中进行充分氧化，氧化时间为2～5小时。

4.一种基于2-氨乙基甲砜盐酸盐前驱体掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：是由权利要求1～3任何一项所述的方法制备得到。

技术总结
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于2‑氨乙基甲砜盐酸掺杂前驱体的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。器件由FTO导电玻璃衬底、TiO2电子传输层、2‑氨乙基甲砜盐酸盐啊掺杂的钙钛矿活性层、spiro‑OMeTAD空穴传输层和Ag电极组成。本发明将2‑氨乙基甲砜盐酸盐掺杂到钙钛矿前驱体溶液中，利用2‑氨乙基甲砜盐酸盐与前驱体溶液中的铅离子的路易斯酸碱作用和碘离子的氢键作用调控CsPbI3结晶过程，增加中间相和最终成膜的晶粒尺寸和结晶度。同时，退火后2‑氨乙基甲砜盐酸盐会留在膜内钝化缺陷，以起到减少缺陷态密度，改善载流子传输的作用，从而提升了钙钛矿太阳能电池器件的性能。

技术研发人员：郭文滨,王俊霖,刘春雨,任冠华,李卓伟,邓艳宇,鲁思冶
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9