[發明專利]4-吡啶甲胺溴優化錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池的制備方法

有效

• 申請號: 202110543663.8
• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113437226B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 古麗米娜;白璐云;楊一凡;張育靖;陳欽
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H10K71/12
• 分類號: H10K71/12;H10K85/50;H10K30/50
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙) 11392
• 代理人: 閆萍

本發明涉及一種4?吡啶甲胺溴優化錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：切割ITO導電玻璃并進行清洗；制備空穴傳輸層；配置添加PyABr的鈣鈦礦前驅體溶液；制備鈣鈦礦薄膜；制備電子傳輸層；制備金屬電極。在鈣鈦礦前驅體溶液中，吡啶基團會與金屬離子鉛錫發生強結合作用，改變結晶動力學，緩解錫鉛混合鈣鈦礦薄膜制備過程中成膜和結晶速度過快的問題，并阻止氧氣與Snsupgt;2+/supgt;發生反應。碘離子可以提高鈣鈦礦的晶體質量并補充碘空位缺陷而進一步減少鈣鈦礦內的缺陷態密度，抑制載流子的復合。在兩種離子的共同作用下，錫鉛鈣鈦礦內的缺陷得到了有效鈍化，錫鉛混合鈣鈦礦的光電性能得到了明顯提升，穩定性也得到了有效的改善。

技術領域

本發明涉及低鉛鈣鈦礦太陽能電池領域，特別是涉及平板反式錫鉛混合鈣鈦礦中采用4-吡啶甲胺溴摻雜對鈣鈦礦器件性能進行優化的方法。

背景技術

單結純鉛基鈣鈦礦太陽能電池的轉換效率目前已提高到25.5％，但其較寬的光吸收層帶隙（1.5eV-1.6eV）減小了光吸收范圍，限制了光電轉換效率的進一步提升。此外，雖然目前在鈣鈦礦太陽能電池中鉛基鈣鈦礦的效率最高，但鉛作為一種高毒性的金屬離子對環境危害很大，因此鉛基鈣鈦礦的進一步的商業化應用和工業化生產受到了限制。由Sn²⁺部分替換Pb²⁺所構成的錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池因為Sn²⁺具有與鉛相似的離子半徑、更寬的吸光范圍、良好的吸光系數、較小的激子結合能、與其他替換元素(In⁺、Sb³⁺、Bi³⁺)相比具有更高的效率和低毒性，且可作為底部子電池的光吸收層應用于全鈣鈦礦串聯太陽能電池，因此錫被認為是最有希望能夠替代鉛基鈣鈦礦的材料。

錫鉛混合鈣鈦礦存在較多的本征缺陷，如二價錫易氧化成四價錫，形成p型自摻雜，并在鈣鈦礦中產生大量的錫空位，嚴重減弱了鈣鈦礦結構的穩定性。此外，由于錫基鈣鈦礦成膜與結晶速度過快，鈣鈦礦的結晶性與薄膜質量較差，因此錫基鈣鈦礦內的缺陷較多并且載流子復合嚴重。通過研究發現，在錫鉛混合鈣鈦礦層中加入4-吡啶甲胺溴(PyABr)，能夠減緩錫鉛混合鈣鈦礦在薄膜制備過程中的成膜與結晶速度，并阻止成膜過程中錫的氧化，從而使得錫鉛混合鈣鈦礦晶粒尺寸增大，錫和碘空位有效減少，降低了錫鉛混合鈣鈦礦內的缺陷密度和載流子復合，最終錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池的光電效率和穩定性得到了有效提升。

發明內容

本發明的目的是對平板反式錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池進行4-吡啶甲胺溴的摻雜，優化錫鉛混合鈣鈦礦的薄膜質量、減少鈣鈦礦內的缺陷、提高鈣鈦礦太陽能電池的光電性能和穩定性。

一種4-吡啶甲胺溴優化錫鉛混合鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

(1)切割ITO導電玻璃并進行清洗：首先將ITO導電玻璃切割為2.1×1.5cm²的ITO基底，隨后對切割好的ITO基底使用鹽酸和鋅粉進行刻蝕，并將刻蝕完成的ITO基底放入堿缸中浸泡，浸泡結束后，對切割好的ITO基底用洗滌劑、去離子水、兩遍乙醇（使用乙醇清洗兩次）依次進行20分鐘的超聲清洗。在清洗結束后使用空氣吹干。

(2)制備空穴傳輸層：首先，將步驟（1）制備的ITO基底放入紫外臭氧清洗機中進行紫外臭氧處理，增強ITO基底的浸潤性。然后，在ITO基底上旋涂空穴傳輸層(3?,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT:PSS)，設置旋涂儀的參數為4000轉30秒，隨后使用移液槍取50微升的PEDOT:PSS滴加在ITO基底上并開始旋涂，最后加熱，加熱結束后迅速轉移到氮氣手套箱中。