本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池，尤其涉及一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著全球能源需求的不斷增長(zhǎng)，太陽(yáng)能電池作為一種可再生能源的代表，受到了越來越多的關(guān)注。而在太陽(yáng)能電池的種類中，鈣鈦礦太陽(yáng)能電池因其高轉(zhuǎn)換效率、低成本、易于制備等優(yōu)點(diǎn)，成為了近年來備受研究者青睞的焦點(diǎn)。自2009年首次報(bào)道了一種效率為3.8%的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池之后，在短短的十幾年間其光電轉(zhuǎn)化效率已突破26%。

2、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池一般由基板、導(dǎo)電陰極、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層、導(dǎo)電陽(yáng)極六部分組成。其中，鈣鈦礦吸光層的性能是決定器件性能最關(guān)鍵的因素。鈣鈦礦吸光層通常采用溶液加工法制備，所制備的鈣鈦礦吸光層為多晶薄膜，在晶粒的表面和內(nèi)部常存在大量的缺陷，這些缺陷可形成光生載流子的非輻射復(fù)合中心，造成光生載流子的非輻射復(fù)合損失，降低了器件的短路電流、開路電壓和填充因子，從而導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率下降。因此降低鈣鈦礦吸光層的缺陷濃度，有助于提升鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的性能。此外，雜化鹵化物鈣鈦礦是一種離子晶體，在光照、高溫或電壓作用下，構(gòu)成鈣鈦礦晶體的離子容易發(fā)生移動(dòng)，從而形成鹵素空位缺陷，導(dǎo)致鈣鈦礦太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性下降。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法，采用雙分子鈍化劑對(duì)正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦吸光層進(jìn)行鈍化處理，鈍化劑中的兩種分子不僅可以分別起到鈍化作用，同時(shí)又相互協(xié)同作用，顯著增強(qiáng)了鈍化效果，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括自下而上依次設(shè)置的陰極導(dǎo)電基板、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層以及導(dǎo)電陽(yáng)極，所述鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間設(shè)置摻雜有二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨的鈍化層。

3、進(jìn)一步的，所述陰極導(dǎo)電基板包括基板、設(shè)于基板上的導(dǎo)電陰極，所述導(dǎo)電陰極設(shè)置在靠近電子傳輸層的一側(cè)上；所述導(dǎo)電陰極包括但不限于ito、fto及ag納米線；所述基板包括但不限于玻璃、硅片、pet及pi。

4、進(jìn)一步的，所述電子傳輸層包括但不限于tio2、sno2、zno及pcbm。

5、進(jìn)一步的，所述鈣鈦礦吸光層采用ch3nh3pbi3、ch3nh3pbi3-xclx、ch(nh2)2pbi3-xclx、cspbi3、cssni3的任意一種或兩種及以上的組合。

6、進(jìn)一步的，所述空穴傳輸層包括但不限于nio、cu2o、p3ht、ptaa及spiro-ometad。

7、進(jìn)一步的，所述導(dǎo)電陽(yáng)極包括但不限于au、ag、cu、pt及c電極。

8、本發(fā)明還提供了一種制備雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，包括以下步驟：

9、1）清洗陰極導(dǎo)電基板，烘干后用紫外臭氧對(duì)其進(jìn)行處理；

10、2）在陰極導(dǎo)電基板上制備電子傳輸層；

11、3）在電子傳輸層上制備鈣鈦礦吸光層；

12、4）在鈣鈦礦吸光層上制備由二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨按比例混合的鈍化層；

13、5）在鈍化層上制備空穴傳輸層；

14、6）在空穴傳輸層上制備導(dǎo)電陽(yáng)極，得到所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。

15、進(jìn)一步的，在步驟3）中，在電子傳輸層上制備鈣鈦礦吸光層的具體的制備過程如下：

16、s1、制備鈣鈦礦前驅(qū)體溶液：將鈣鈦礦材料以一定的摩爾比溶于有機(jī)溶劑中，配置成一定濃度的鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，并對(duì)其在一定溫度下攪拌混合均勻；

17、s2、根據(jù)選擇鈣鈦礦材料的不同分別選擇溶液旋涂法或噴墨打印法在電子傳輸層的表面上制作鈣鈦礦吸光層。

18、進(jìn)一步的，在步驟4）中，所述二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨按照質(zhì)量比8:1~1:1的比例溶于有機(jī)試劑而獲得的鈍化劑混合溶液，該鈍化劑混合溶液采用溶液旋涂法或噴墨打印法在鈣鈦礦吸光層的上表面以形成鈍化層；所述有機(jī)試劑為dmf、dmso、異丙醇、氯苯中的一種或多種的混合。

19、進(jìn)一步的，所述電子傳輸層的制備方法選自旋涂法、噴墨打印法、真空熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、原子層沉積法中的任意一種；所述空穴傳輸層的制備方法選自旋涂法、噴墨打印法、真空熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、原子層沉積法中的任意一種；所述導(dǎo)電陽(yáng)極的制備方法選自旋涂法、噴墨打印法、真空熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、原子層沉積法中的任意一種。

20、由上述對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

21、1、本發(fā)明在正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中，通過在鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間設(shè)置摻雜有二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨的鈍化層，即采用二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨作為鈣鈦礦吸光層上表面的雙分子混合鈍化劑，這種雙分子鈍化劑不僅可以實(shí)現(xiàn)單一鈍化劑各自的鈍化作用，還可以相互協(xié)同作用，產(chǎn)生新的鈍化的效果，二苯并-24-冠-8-醚不僅可以與鈣鈦礦吸光層表面未配位的金屬陽(yáng)離子和甲脒離子形成主客體配合物，抑制鈣鈦礦吸光層中未配位鉛離子和甲脒離子的遷移，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)鈣鈦礦吸光層中的碘離子管理，實(shí)現(xiàn)鈣鈦礦薄膜的自修復(fù)；正己基溴化銨可與鈣鈦礦表面過量的碘化鉛發(fā)生反應(yīng)形成穩(wěn)定的二維鈣鈦礦鈍化層，進(jìn)一步降低鈣鈦礦吸光層表面缺陷；同時(shí)，二苯并-24-冠-8-醚與正己基溴化銨中的氨基相互作用，降低了正己基溴化銨與鈣鈦礦骨架的配位率，降低二維鈣鈦礦的生長(zhǎng)速率，從而形成更加均勻的二維鈣鈦礦層，并減少其他低維雜相鈣鈦礦的生成，鈣鈦礦吸光層缺陷濃度的降低、鈣鈦礦薄膜的自修復(fù)作用和二維鈣鈦礦對(duì)鈣鈦礦吸光層的保護(hù)作用，顯著提高了鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。

22、2、本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，且采用雙分子鈍化劑在不改變現(xiàn)有鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工藝路線的條件下，能夠獲得了更高的器件性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：該鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括自下而上依次設(shè)置的陰極導(dǎo)電基板、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層以及導(dǎo)電陽(yáng)極，所述鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間設(shè)置摻雜有二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨的鈍化層。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述陰極導(dǎo)電基板包括基板、設(shè)于基板上的導(dǎo)電陰極，所述導(dǎo)電陰極設(shè)置在靠近電子傳輸層的一側(cè)上；所述導(dǎo)電陰極包括但不限于ito、fto及ag納米線；所述基板包括但不限于玻璃、硅片、pet及pi。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述電子傳輸層包括但不限于tio2、sno2、zno及pcbm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述鈣鈦礦吸光層采用ch3nh3pbi3、ch3nh3pbi3-xclx、ch(nh2)2pbi3-xclx、cspbi3、cssni3的任意一種或兩種及以上的組合。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述空穴傳輸層包括但不限于nio、cu2o、p3ht、ptaa及spiro-ometad。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于：所述導(dǎo)電陽(yáng)極包括但不限于au、ag、cu、pt及c電極。

7.一種制備如權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于，在步驟3）中，在電子傳輸層上制備鈣鈦礦吸光層的具體的制備過程如下：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于：在步驟4）中，所述二苯并-24-冠-8-醚和正己基溴化銨按照質(zhì)量比8:1~1:1的比例溶于有機(jī)試劑而獲得的鈍化劑混合溶液，該鈍化劑混合溶液采用溶液旋涂法或噴墨打印法在鈣鈦礦吸光層的上表面以形成鈍化層；所述有機(jī)試劑為dmf、dmso、異丙醇、氯苯中的一種或多種的混合。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種制備雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于：所述電子傳輸層的制備方法選自旋涂法、噴墨打印法、真空熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、原子層沉積法中的任意一種；所述空穴傳輸層的制備方法選自旋涂法、噴墨打印法、真空熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、原子層沉積法中的任意一種；所述導(dǎo)電陽(yáng)極的制備方法選自旋涂法、噴墨打印法、真空熱沉積法、電子束蒸發(fā)法、磁控濺射法、原子層沉積法中的任意一種。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及太陽(yáng)能電池技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種雙分子鈍化的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及制備方法；通過在鈣鈦礦吸光層與空穴傳輸層之間設(shè)置摻雜有二苯并?24?冠?8?醚和正己基溴化銨的鈍化層，即采用雙分子鈍化劑對(duì)正式結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦吸光層進(jìn)行鈍化處理，鈍化劑中的兩種分子不僅可以分別起到鈍化作用，同時(shí)又相互協(xié)同作用，顯著增強(qiáng)了鈍化效果，提高了電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性；且采用雙分子鈍化劑在不改變現(xiàn)有鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的工藝路線的條件下，能夠獲得了更高的器件性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：蘇子生,文超,王麗丹,姚廣平,肖堯明,劉佳澎
受保護(hù)的技術(shù)使用者：泉州師范學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21