[發明專利]一種鈣鈦礦墨水以及其應用

在審

• 申請號: 202210076369.5
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114464692A
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 李望南;宋克萌;程家豪;山承才;周鵬;劉鎏;李俊彬;盧少娟;陳美華;梁桂杰;汪競陽;鐘志成;黃福志
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院
• 主分類號: H01L31/032
• 分類號: H01L31/032;H01L31/18;H01L31/0352
• 代理公司: 深圳市世紀恒程知識產權代理事務所 44287
• 代理人: 熊海武

本發明公開一種鈣鈦礦墨水以及其應用，涉及鈣鈦礦太陽能電池技術領域。其中，所述鈣鈦礦墨水包括以下組分：二甲胺氫碘酸鹽、碘化鉛、碘化銫和混合溶劑，其中，所述混合溶劑包括二甲基甲酰胺和二甲基亞砜，所述二甲基甲酰胺與二甲基亞砜的體積比為6.8～7.2：2.8～3.2。本發明通過對原料的選擇、混合溶劑比例的設計，使得到的鈣鈦礦墨水能在160℃制得CsPbI₃薄膜，實現了CsPbI₃成膜的低溫退火，且得到的CsPbI₃薄膜的形貌好、晶界穩定性高、缺陷密度低，從而使CsPbI₃薄膜的溫度和濕度穩定性優異；此外，低溫退火的實現，使CsPbI₃薄膜的制備更易操作，成本低廉，有利于大規模生產。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦太陽能電池技術領域，特別涉及一種鈣鈦礦墨水以及其應用。

背景技術

能源短缺與環境污染是當今人類世界面臨的兩大難題，取之不盡用之不竭的太陽能是一種較為理想的可再生能源。鈣鈦礦太陽能電池(PSCs)等第三代太陽能電池技術具有低成本、高效率、易組裝及柔性等優勢。自2009年鈣鈦礦材料應用于太陽能電池以來，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率迅速上升到25％以上，但由于有機組分的存在使得鈣鈦礦存在熱不穩定的情況，使用無機材料來替代有機材料便成為了提高鈣鈦礦穩定性的一種有效的方法。

目前，主要采用Cs取代或部分取代鈣鈦礦中的有機組分，其中，全無機銫鉛鹵鈣鈦礦(CsPbX₃，X＝I，Br)薄膜具有較高的吸收系數，優異的熱穩定性和電荷遷移率受到諸多關注。黑色相的CsPbI3鈣鈦礦作為全無機鈣鈦礦具有優異的熱穩定性，同時，其帶隙約為1.7eV，被認為是高效太陽能電池(PSCs)的候選材料之一，在光伏領域具有潛在的應用價值。

制備全無機鈣鈦礦薄膜的工藝大致分為蒸發法和溶液法(一步旋涂法、兩步旋涂法、兩步浸漬法、噴涂/刮涂)，其中，一步旋涂法是先制備鈣鈦礦墨水(也稱鈣鈦礦前驅體溶液)，經過旋涂和加熱退火制得，該方法操作簡單，但現有的鈣鈦礦墨水旋涂后，需要在200～220℃的高溫下退火促進鈣鈦礦形核，從而制得鈣鈦礦薄膜，而高溫退火會導致鈣鈦礦薄膜的缺陷密度高、晶界穩定性低，從而限制了其應用。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種鈣鈦礦墨水以及其應用，旨在解決現有的鈣鈦礦薄膜的缺陷密度高和晶界穩定性低的問題。

為實現上述目的，本發明提出一種鈣鈦礦墨水，所述鈣鈦礦墨水包括以下組分：

二甲胺氫碘酸鹽、碘化鉛、碘化銫和混合溶劑，

其中，所述混合溶劑包括二甲基甲酰胺和二甲基亞砜，所述二甲基甲酰胺與二甲基亞砜的體積比為6.8～7.2：2.8～3.2。

可選地，所述鈣鈦礦墨水中，每1mL所述混合溶劑中加入75～77mg所述二甲胺氫碘酸鹽、229～233mg碘化鉛和128～131mg碘化銫。

基于上述目的，本發明還提出一種全無機鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

S10、在基底上設置電子傳輸層；

S20、在所述電子傳輸層上旋涂如上所述的鈣鈦礦墨水，然后在160～180℃退火25～35min，得到鈣鈦礦薄膜；

S30、在所述鈣鈦礦薄膜上設置空穴傳輸層；

S40、在所述空穴傳輸層上設置金屬電極層，得到全無機鈣鈦礦太陽能電池。

可選地，步驟S10包括：

將鈦酸正丁酯溶液旋涂在基底表面，在120～130℃退火4～6min，然后在常溫下退火25～35min，得到設置在基底上的電子傳輸層。

可選地，所述鈦酸正丁酯溶液的濃度為0.14～0.16mol/L；