[發明專利]一種加入有機胺誘導鈣鈦礦吸光層結晶取向的無鉛鈣鈦礦太陽能電池制備方法

在審

• 申請號: 201910622719.1
• 申請日: 2019-07-11
• 公開（公告）號: CN110335949A
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 曾文進;于曉;閔永剛;李英豪;唐亞楠;李志
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/44
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 張玉紅

本發明公開了一種加入有機胺誘導鈣鈦礦吸光層結晶取向的無鉛鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括步驟：將透明電極襯底進行超聲波清洗后再通過臭氧等離子體清洗；然后依次采用不同的旋涂速度制備空穴傳輸層和鈣鈦礦吸光層薄膜；在鈣鈦礦吸光層上按預設的旋涂速度旋涂制備電子傳輸層材料的溶液，形成薄膜后放置在設定溫度的熱臺上進行退火處理；在形成的電子傳輸層上旋涂設定量的極性溶劑，在真空蒸鍍倉鍍腔中，通過熱蒸發的方式在經極性溶劑修飾處理后的電子傳輸層上沉積空穴阻擋層傳輸層和頂電極，本發明通過在鈣鈦礦吸光層加入一種有機胺PEAI，促進載流子遷移率，短路電流密度提高，穩定性提高的同時提升了電池性能。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池制備領域，具體的說是涉及一種加入有機胺誘導鈣鈦礦吸光層結晶取向的無鉛鈣鈦礦太陽能電池的制備方法。

背景技術

隨著光電領域的蓬勃發展，鈣鈦礦太陽能電池的PCE(高能量轉換效率) 和低成本制造工藝以及與柔性技術的兼容性等特性完全符合商業要求，因此吸引了全世界的關注，并引發了許多研究興趣，但是由于市面上大部分的鈣鈦礦太陽能電池均為鉛基的鈣鈦礦太陽能電池，對環境污染較為嚴重，因此，錫基的無鉛鈣鈦礦太陽能電池得到了迅猛的發展，近幾年鈣鈦礦太陽能電池的能量轉換效率已經提升至超過20％，接近商業化硅基太陽能電池的能量轉換效率，這可歸因于鈣鈦礦的獨特性質，例如大電荷載流子遷移率和長電荷載流子擴散長度。

由于Sn²⁺極易氧化成Sn⁴⁺，因此錫基的鈣鈦礦極其不穩定，具有疏水性和穩定性的低維無鉛鈣鈦礦太陽能電池也就成為了研究熱門。PSC(Perovskite Solar Cells，鈣鈦礦太陽能電池)器件為鈣鈦礦吸光層夾在ETL和HTL層之間的夾層結構，ETL和HTL層的性質在很大程度上影響著PSC的器件性能。通過優化ETL和HTL層可有效的改善器件性能，其中，對ETL層表面進行表面溶劑處理是一種有效的途徑。

發明內容

針對現有技術中存在的技術問題，本發明提供一種加入有機胺誘導鈣鈦礦吸光層結晶取向的無鉛鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，通過在鈣鈦礦吸光層加入一種有機胺PEAI，促進載流子遷移率，短路電流密度提高，穩定性提高的同時提升了電池性能。

為了達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明是一種加入有機胺誘導鈣鈦礦吸光層結晶取向的無鉛鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，所述電池包括依次疊加的襯底、透明的電極層、空穴傳輸層、吸光層、電子傳輸層空穴阻擋層以及頂電極；所述吸光層夾在空穴傳輸層和電子傳輸層之間，在無鉛鈣鈦礦太陽能電池中加入能夠誘導鈣鈦礦吸光層結晶取向的有機胺，所述制備方法包括如下步驟：

1)刻有陽電極的玻璃襯底的處理：將刻有陽電極的玻璃襯底依次在去離子水、丙酮、乙醇中各進行10-20min的超聲清洗，徹底清洗后放入臭氧等離子體處理器中清洗表面3-5min；

2)空穴傳輸層的制備：將空穴傳輸層材料旋涂到玻璃襯底表面，放于熱臺上于115-130℃條件下進行退火處理10-20min，厚度為25-35nm；

3)鈣鈦礦前驅液的配制：將摩爾比為SnI2:PEAI:FAI:SnF2＝1:x:(1-x):0.1溶解在DMF和DMSO體積比為1:1的混合溶液中作為鈣鈦礦前驅液，所述鈣鈦礦前驅液的終濃度為1.0-1.2mol/L，室溫下磁力攪拌2h；

4)鈣鈦礦薄膜的制備：在所述空穴傳輸層上滴加30-40uL所述鈣鈦礦前驅液后以3000-4000rmp的轉速開始旋涂在15s之后沖極性溶劑，旋涂過程結束后置于60-70℃熱臺上退火10min，厚度為300-350nm；

5)電子傳輸層的制備：在鈣鈦礦薄膜上以2000-3000rpm的轉速旋涂電子傳輸層，所述PCBM溶于氯仿溶液中，厚度為30-40nm；