[發明專利]一種基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池

在審

• 申請號: 202310020279.9
• 申請日: 2023-01-05
• 公開（公告）號: CN116390509A
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 陳聰;商雪妮;孟凡斌
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: H10K30/88
• 分類號: H10K30/88;H10K30/15;H10K30/50;H10K85/30;H10K71/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

1.一種基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池，其特征為所述太陽能電池由下到上依次為ITO導電玻璃、電子傳輸層、摻雜二銨鹵化鹽的鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和金電極；

所述的鈣鈦礦層的化學式為Rb_0.02-0.05(FA_0.75-0.95Cs_0.05-0.25)_0.98-0.95PbI_2.91Br_0.03Cl_0.06；厚度為300-500nm；

鈣鈦礦吸收層中二銨鹵化鹽的摻雜量為鈣鈦礦中碘化鉛摩爾質量的0.1-2mol％。

2.如權利要求1所述的基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池，其特征為所述的二銨鹵化鹽具體為2,2-二甲基-1,3-丙二銨氫碘酸鹽、1,4-苯二銨氫碘酸鹽、1,6-己二銨氫碘酸鹽、N,N-2乙基環己烷-1,4-二銨鹽酸鹽、N,N-2甲基-1,4-丁二銨鹽酸鹽、N,N-二甲基對二銨鹽酸鹽、N,N-二甲基(4-哌啶基)甲銨二銨鹽酸鹽、(S)-3-(1-氨基乙基)-N,N-二甲基苯二銨鹽酸鹽、(R)-N,N-二乙基吡咯烷-3-二銨鹽酸鹽、N,N-二甲基-1,2-二銨鹽酸鹽、N,N,N’,N’-四甲基對苯二銨鹽酸鹽、N,N,N’-三乙基乙二銨鹽酸鹽、N,N-二苯基乙二銨鹽酸鹽、2,2’-(乙烯二氧)雙乙二銨氫碘酸鹽、VUF8430二銨氫溴酸鹽、1,4-苯基二甲基二溴化銨、1,4-苯基二甲基二碘化銨、N1-(叔-丁基)乙烷-1,2-二銨鹽酸鹽或N1-異丙基-N2,N2-二甲基乙烷-1,2-二銨鹽酸鹽。

3.如權利要求1所述的基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池，其特征為空穴傳輸層的材質為Spiro-OMeTAD，厚度為200-500nm；

電子傳輸層的材質為SnO₂；厚度為10-30nm；

ITO導電玻璃襯底的厚度為300-600nm；

金電極的厚度為60-200nm。

4.如權利要求1所述的基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征為該方法包括如下步驟：

(1)制備電子傳輸層：

經臭氧處理的ITO導電玻璃上旋涂二氧化錫溶液，體積比SnO₂:水＝1:1-8，轉速為2000-6000rpm/min，形成10-30nm的電子傳輸層，并于100-180℃退火20-50分鐘，得到電子傳輸層；

(2)制備鈣鈦礦光吸收層：

在電子傳輸層上，將鈣鈦礦前驅體溶液旋涂后，通過真空閃蒸，得到厚度為300-500nm摻雜二銨鹵化鹽的鈣鈦礦吸收層；

其中，鈣鈦礦前驅體溶液中，含有二銨鹵化鹽0.1-20mg/mL、1.1-1.6mmol/mL的FAI、0.07-0.37mmol/mL的CsI、0.025-0.05mmol/mL的RbI、0.01-0.8mmol/mL的MACl、0.01-0.1mmol/mL的PbCl₂、1.48-1.70mmol/mL的PbI₂、0.01-0.15mmol/mL的PbBr₂；溶劑為NMP和DMF，體積比NMP：DMF＝1:4-9；

旋涂轉速為2000-6000rpm/min,時間為3-20s，退火溫度為100-150℃，時間控制在3-50min，器件的結構為ITO/SnO₂/二銨鹵化鹽摻雜的鈣鈦礦；

(3)制備空穴傳輸層：

將Spiro-OMeTAD空穴傳輸層溶液旋涂在鈣鈦礦光吸收層表面，轉速控制為3000-4500rpm，厚度控制為200-500nm，得到空穴傳輸層；

(4)制備金電極：

將步驟(3)得到器件放到熱蒸發儀中，真空度達到10^-4-10^-6Pa后，以0.1-0.9nm/s蒸發速率沉積60-200nm厚的Au電極，最終得到基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池。

5.如權利要求1所述的基于二銨離子摻雜的高效穩定鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征為步驟(3)所提供的Spiro-OMeTAD空穴傳輸層溶液，制備方法如下：將50-150mg的Spiro-OMeTAD粉末加入到容器中，再加入10-40uL4-叔丁基吡啶、10-50uL溶有雙三氟甲烷磺酰亞銨鋰的乙腈，最后加入1-5mL的氯苯，獲得空穴傳輸層前驅體溶液；

其中，雙三氟甲烷磺酰亞銨鋰的乙腈溶液的濃度為400～600mg/mL。