本发明涉及钙钛矿太阳能电池的,尤其是涉及一种胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术:
1、近年来,由于化石资源的短缺和匮乏,可再生能源已成为热门研究对象,其主要包括风能、水能、生物质能、地热能以及太阳能。其中,太阳能被认为是“取之不尽用之不竭”的可再生能源,同时太阳能也属于清洁能源。因此,太阳能成为目前最有前景的新能源之一。为了更好的利用太阳能,开发低成本、高效率的新型太阳能电池已成为近年来的研究热点。
2、迄今为止,太阳能电池的发展历程可大致分为三个阶段。第一代是硅基太阳能电池,其光电转换效率超过27%,工艺发展成熟,且已商业化,但其制备工艺复杂、成本高,同时其效率发展也趋于瓶颈。第二代是多元化合物薄膜太阳能电池,包括inp和cigs等,其制备工艺简单,吸光层厚度薄,减少了材料的使用成本,但是这类电池部分原材料储量少或具有毒性,所以限制了其进一步的推广和使用。第三代是染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池等新型太阳能电池,其制备工艺简单,原材料储量丰富且低廉,理论能量转换效率高。在第三代太阳能电池中,钙钛矿太阳能电池是发展速率最快的,具有较长的载流子扩散距离、高的光吸收系数以及低的缺陷态密度等优异的光电性质;目前,基于有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的最高认证效率已达26.1%,可以与晶硅太阳能电池相媲美。
3、目前报道的高效器件大多为正式钙钛矿太阳能电池,而反式钙钛矿太阳能电池具有低温可加工性,且在制备串联和柔性器件方面具有更好的兼容性,有更深远的商业化前景。现阶段高效率的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜的制备方法大多数都处于实验室水平,常用的有一步旋涂法和两步旋涂法。其中,一步旋涂法是目前所有方法中制备反式钙钛矿太阳能电池的最简单方法,将有机卤化物盐(如甲基碘化铵、碘化甲脒)和卤化铅盐(如碘化铅、溴化铅)等摩尔比混合并溶解在极性溶剂(如二甲基亚砜、n,n-二甲基甲酰胺或n-甲基-2-吡咯烷酮)中,配制成钙钛矿前驱体溶液,之后将前驱体溶液旋涂于基底上,然后退火,形成结晶完整的钙钛矿薄膜。然而,反式钙钛矿太阳能电池的效率较低,其存在严重的能量损失,特别是界面和晶界处的缺陷造成的非辐射复合损失,具有本质上低缺陷密度的高质量钙钛矿薄膜是决定其器件性能的关键。因此,开发能够提升反式钙钛矿太阳能电池性能的方法具有重大意义。
4、有鉴于此,特提出本发明。
技术实现思路
1、本发明的目的之一在于提供一种胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池,光电转换效率高。
2、本发明的目的之二在于提供一种胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池的制备方法,工艺简单、高效,成功率高,适合工厂化生产。
3、为了实现本发明的上述目的,特采用以下技术方案:
4、第一方面,一种胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池,所述反式钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜中掺杂有胍盐;
5、所述胍盐包括氯化胍、4-胍基苯甲酸盐酸盐以及4-胍基苯甲酸磺酸盐中的至少一种。
6、进一步的,所述钙钛矿薄膜中胍盐的掺杂量为1~100mmol/ml。
7、第二方面,一种上述任一项所述的胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
8、利用钙钛矿前驱体溶液在空穴传输层上制备钙钛矿薄膜,之后在钙钛矿薄膜上制备电子传输层,然后在电子传输层上制备金属电极,得到所述反式钙钛矿太阳能电池;
9、其中,所述钙钛矿前驱体溶液包括含有胍盐的钙钛矿前驱体溶液。
10、进一步的,所述含有胍盐的钙钛矿前驱体溶液中的胍盐浓度为1~100mmol/ml。
11、进一步的,所述制备钙钛矿薄膜的方式包括旋涂法和狭缝涂布法中的至少一种。
12、进一步的,所述旋涂法的旋涂转速为1000~5000rpm,旋涂时间为10~200s;
13、优选地,所述旋涂法的旋涂转速为3000rpm,旋涂时间为30s。
14、进一步的,所述旋涂之后还包括进行退火的步骤;
15、优选地,所述退火的温度为40~200℃;
16、优选地,所述退火的温度为110℃;
17、优选地,所述退火的时间为10~5000s;
18、优选地,所述退火的时间为600s。
19、进一步的,所述空穴传输层的材料包括氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]以及聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)中的至少一种。
20、进一步的,所述制备电子传输层的方式包括蒸镀法和旋涂法中的至少一种。
21、进一步的,所述制备金属电极的方式包括蒸镀法;
22、优选地,所述金属电极包括au、ag、ni以及cu中的至少一种。
23、与现有技术相比,本发明至少具有如下有益效果:
24、本发明提供的胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池,以特定胍盐作为添加剂,使用的胍盐具有调控结晶和钝化缺陷的双重作用,因此能够明显提升光电转换效率和显著改善钙钛矿结晶效果。
25、本发明提供的胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池的制备方法,工艺简单、高效,成功率高,适合工厂化生产。
1.一种胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述反式钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜中掺杂有胍盐;
2.根据权利要求1所述的胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述钙钛矿薄膜中胍盐的掺杂量为1~100mmol/ml。
3.一种权利要求1或2所述的胍盐修饰反式钙钛矿太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述含有胍盐的钙钛矿前驱体溶液中的胍盐浓度为1~100mmol/ml。
5.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述制备钙钛矿薄膜的方式包括旋涂法和狭缝涂布法中的至少一种。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述旋涂法的旋涂转速为1000~5000rpm,旋涂时间为10~200s;
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述旋涂之后还包括进行退火的步骤;
8.根据权利要求3-7任一项所述的制备方法,其特征在于,所述空穴传输层的材料包括氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]以及聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)中的至少一种。
9.根据权利要求3-7任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备电子传输层的方式包括蒸镀法和旋涂法中的至少一种。
10.根据权利要求3-7任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备金属电极的方式包括蒸镀法;