[發(fā)明專利]以三聚氰胺作添加劑改善電池吸光層的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110523035.3
• 申請(qǐng)日: 2021-05-13
• 公開（公告）號(hào): CN113206202B
• 公開（公告）日: 2022-12-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾文進(jìn);張雪敬;閔永剛;夏瑞東;葉茹;袁超超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京郵電大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/48
• 分類號(hào): H01L51/48;H01L51/42
• 代理公司: 南京正聯(lián)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

本發(fā)明公開一種以三聚氰胺作添加劑改善電池吸光層的方法，首先將碘化錫、甲酰胺、三聚氰胺和氟化錫按比例溶在DMF和DMSO的混合溶劑中制成前驅(qū)體溶液，再將前驅(qū)體溶液旋涂到空穴傳輸層上，旋涂時(shí)間為30 s，在旋涂12 s時(shí)滴涂反溶劑氯苯，之后再進(jìn)行退火處理即可得到吸光層。三聚氰胺本身所具備的還原性能，可抑制Sn²⁺氧化為Sn⁴⁺，減少Sn空位的形成，防止鈣鈦礦薄膜表面針孔等缺陷的產(chǎn)生，有助于改善鈣鈦礦薄膜的表面形貌，提高電池的功率轉(zhuǎn)換效率；且其化學(xué)結(jié)構(gòu)中的氮離子存在孤對(duì)電子，可以與Sn²⁺形成配位鍵，減緩控制鈣鈦礦形成過(guò)程中的結(jié)晶速率，使鈣鈦礦薄膜覆蓋更加均勻致密，電池的效率和穩(wěn)定性都得到提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以三聚氰胺作添加劑改善電池吸光層的方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，有機(jī)-無(wú)機(jī)雜化太陽(yáng)能電池由于具備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制備成本低、合適且可調(diào)控的帶隙、高消光系數(shù)、雙極載流子傳輸和可制備柔性器件等特點(diǎn)而備受矚目，能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)由3.8%提高到了25.2%。然而，現(xiàn)階段此類高性能的鈣鈦礦電池均主要使用鉛鹵鈣鈦礦材料作吸光層，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境和人身安全。因此亟需尋求一種無(wú)毒的非鉛鈣鈦礦電池。

在非鉛鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，人們常用鍺離子（Ge²⁺）、錫離子（Sn²⁺）、銻離子（Sb³⁺）、鉍離子（Bi³⁺）等來(lái)代替鉛離子作為無(wú)鉛鈣鈦礦材料，其中錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池以其高吸收系數(shù)、小激子結(jié)合能和高電荷載流子遷移率等優(yōu)異的光學(xué)和電學(xué)性能而成為最具發(fā)展?jié)摿Φ囊活愲姵夭牧稀ｃU基鈣鈦礦的吸收帶隙在1.5-1.8 eV之間，錫基鈣鈦礦的吸收帶隙大約為1.3 eV，錫基鈣鈦礦更接近根據(jù)Shockley?Queisser極限理論推出的單節(jié)太陽(yáng)能電池最高效率33%對(duì)應(yīng)的吸收帶隙為1.34 eV。這表明錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池理論上可以獲得更高的短路電流密度并達(dá)到理論極限轉(zhuǎn)換效率。但是由于Sn的空位形成能很低，導(dǎo)致Sn²⁺非常容易氧化成Sn⁴⁺，且作為鈣鈦礦前驅(qū)體材料之一的碘化亞錫（SnI₂）與有機(jī)胺鹽之間反應(yīng)速率過(guò)快，使得鈣鈦礦的結(jié)晶速率過(guò)快以至于難以得到均勻致密的鈣鈦礦薄膜，限制了錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的效率和穩(wěn)定性的提高。

中國(guó)專利CN 111952455 A公開一種離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽制備低維錫基鈣鈦礦薄膜及其太陽(yáng)能電池和應(yīng)用，其主要利用特殊的離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽丁胺乙酸鹽作為前驅(qū)液，通過(guò)胺分子鹽與錫基鈣鈦礦骨架之間的強(qiáng)相互作用來(lái)控制低維錫基鈣鈦礦的結(jié)晶過(guò)程，進(jìn)而得到低缺陷態(tài)密度、表面光滑致密的薄膜，最終提升太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)化效率和器件穩(wěn)定性，但是該方案不能有效阻止Sn²⁺的氧化，且前驅(qū)液的配制較為繁瑣，所用離子液體型有機(jī)大體積胺分子鹽丁胺乙酸鹽來(lái)源窄，獲取難度大，影響整體制備效率，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以三聚氰胺作添加劑改善電池吸光層的方法，通過(guò)三聚氰胺的氧化和配位作用提高鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶度，鈍化鈣鈦礦薄膜表面缺陷，改善鈣鈦礦薄膜的表面形貌，提高錫基鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的功率轉(zhuǎn)換效率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種以三聚氰胺作添加劑改善電池吸光層的方法，制備吸光層的時(shí)，先將碘化錫（SnI₂）、甲酰胺（FAI）、1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺（三聚氰胺）和氟化錫（SnF₂）按比例溶在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）和二甲亞砜（DMSO）的混合溶劑中制成前驅(qū)體溶液，再將添加有三聚氰胺的前驅(qū)體溶液旋涂到空穴傳輸層上，旋涂時(shí)間為30 s，在旋涂12 s時(shí)滴涂反溶劑氯苯，之后再進(jìn)行退火處理以得到吸光層。

進(jìn)一步地，碘化錫、甲酰胺、三聚氰胺和氟化錫的摩爾比為1:1:0.01:0.1。