一种高效率三元钙钛矿太阳能电池及其制备方法

专利2025-10-06  3


本发明涉及太阳能电池,具体涉及一种高效率三元钙钛矿太阳能电池及其制备方法。


背景技术:

1、随着人类社会的不断发展,能源问题已经成为世界范围最关注的问题之一。为了解决能源消耗产生的各种问题,实现经济环境绿色的可持续性发展,太阳能、核能等一系列新能源技术受到广泛关注。

2、钙钛矿太阳能电池作为第三代太阳能电池,在短短十二年的时间内就已经超过了25%的光电转换效率。相较于其他太阳能电池来讲,钙钛矿太阳能电池具有成本低,制备工艺简单等优势,具有广阔的未来前景。然而,三元钙钛矿对水分和氧气敏感,导致其在环境大气中的性能显著下降。此外,在许多文献中描述了离子液体的掺入,以提供钙钛矿层的导电性。然而,有离子液体通常沉积在钙钛矿层的顶部或下面,以形成双层或多层薄膜结构。虽然得到的多层薄膜结构钙钛矿太阳能电池具有优越的器件性能,但不平衡的电荷传输和钙钛矿中各种缺陷的存在仍然是主要的限制因素。


技术实现思路

1、为了解决上述技术问题,本发明提供了一种高效率三元钙钛矿太阳能电池,将富电子、咪唑类共轭离子液体结合到钙钛矿层的三元钙钛矿钙钛矿太阳能电池,其具有提高导电性、改善薄膜形态、扩大结晶度、平衡电荷传输和高稳定性等优势。

2、为了达到上述技术目的,本发明是通过以下技术方案实现的:一种高效率三元钙钛矿太阳能电池,其特征在于,从下到上依次包括ito导电玻璃层,(4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基)膦酸空穴传输层(meo-4pacz)、由离子液体bzmimbr和钙钛矿层cs0.05(fa0.95ma0.05)0.95pb(i0.95br0.05)3掺混的形成三元钙钛矿层、c60电子传输层的、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲空穴阻挡层(bcp)和金属al电极层。

3、进一步的,所述三元钙钛矿层的制备流程如下:

4、(1)按摩尔比为0.05~0.1:0.05~0.1:1~2:1~2:0.05~0.1的比例称取csi,mabr,fai,pbi2和pbbr2,然后将称取的csi,mabr,fai,pbi2和pbbr2溶解在dmf和dmso的混合溶液中,并在58~62℃下搅拌1~1.2h,形成浓度为1.4m的三元钙钛矿前驱液;

5、(2)将不同摩尔质量的bzmimbr分别与1ml纯的acn混合中得到不同浓度的bzmimbr溶液;

6、(3)将100μl不同浓度的bzmimbr溶液与900μl的三元钙钛矿前驱液混合,形成bzmimbr掺杂的钙钛矿前驱液,即可得到三元钙钛矿层。

7、进一步的,所述bzmimbr溶液的不同浓度分别为0.5m,1.0m,1.5m。

8、本发明的另一目的在于提供一种三元钙钛矿太阳能电池制备方法,包括如下步骤:

9、s1、依次使用洗洁精、异丙醇溶液、去离子水以及无水乙醇对ito玻璃基底进行清洗,烘干后用紫外臭氧清洗机清洗18~22min;

10、s2、在清洗过的ito玻璃基底上旋涂空穴传输层meo-4pacz,随后在100~110℃下退火9~11min;

11、s3、在空穴传输层meo-4pacz上以4000rpm动态旋涂bzmimbr掺杂的三元钙钛矿前驱液,随后在100~110℃摄氏度下退火48~52min;

12、s4、在真空镀膜机中向钙钛矿层上蒸镀电子传输层c60,厚度为14~16nm;

13、s5、在真空镀膜机中向电子传输层上蒸镀空穴阻挡层bcp,厚度为4.5~5.5nm;

14、s6、在真空镀膜机中向空穴阻挡层上蒸镀金属电极al,厚度为115~125nm。

15、本发明的有益效果是:

16、1)本发明中,将咪唑类离子液体引入到钙钛矿层中,降低了钙钛矿的缺陷态密度,提升了钙钛矿的稳定性和寿命,同时也增强了太阳能电池的电子迁移率,进而提升了钙钛矿太阳能电池的光生电流;

17、2)本发明中,咪唑类离子液体bzmimbr在钙钛矿吸光层的掺杂,不仅能提高钙钛矿导电性、钝化不协调的碘化铅缺陷,提高电池器件的光电流,而且bzmimbr掺杂可以有效的平衡电荷传输,并抑制三元复合材料内的离子迁移;

18、3)本发明中,三元异质结的存在促进了钙钛矿晶体的成长,钝化了钙钛矿层的缺陷,改善了薄膜形态,同时限制离子迁移,从而抑制器件中电流的迟滞效应。



技术特征:

1.一种高效率三元钙钛矿太阳能电池,其特征在于,从下到上依次包括ito导电玻璃层,(4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基)膦酸空穴传输层(meo-4pacz)、由离子液体bzmimbr和钙钛矿层cs0.05(fa0.95ma0.05)0.95pb(i0.95br0.05)3掺混的形成三元钙钛矿层、c60电子传输层的、2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲空穴阻挡层(bcp)和金属al电极层。

2.根据权利要求1所述一种高效率三元钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述三元钙钛矿层的制备流程如下:

3.根据权利要求3所述一种高效率三元钙钛矿太阳能电池,其特征在于,所述bzmimbr溶液的不同浓度分别为0.5m,1.0m,1.5m。

4.一种高效率三元钙钛矿太阳能电池制备方法,其特征在于,包括如下步骤:


技术总结
本发明公开了一种高效率三元钙钛矿太阳能电池及其制备方法,所述的电池从下到上依次包括ITO导电玻璃层,(4‑(3,6‑二甲基‑9H‑咔唑‑9‑基)丁基)膦酸空穴传输层(MeO‑4PACz)、由离子液体BzMIMBr和钙钛矿层Cs<subgt;0.05</subgt;(FA<subgt;0.95</subgt;MA<subgt;0.05</subgt;)<subgt;0.95</subgt;Pb(I<subgt;0.95</subgt;Br<subgt;0.05</subgt;)<subgt;3</subgt;掺混的形成三元钙钛矿层、C<subgt;60</subgt;电子传输层的、2,9‑二甲基‑4,7‑联苯‑1,10‑邻二氮杂菲空穴阻挡层(BCP)和金属Al电极层。本方案通过将共轭离子液体引入钙钛矿活性层中,实现了多点位钝化缺陷,提升了外量子效率,并且改善了薄膜形态,扩大了结晶度,平衡了电荷传输,实现了光电转换效率的增强,稳定性的提高,并有效抑制了器件的迟滞效应。

技术研发人员:朱焘,张良,洪彰华,王国华,常雄,祝星,朱勇,谢哲文,俞希熹,周梦妮,回雨诺
受保护的技术使用者:昆明理工大学
技术研发日:
技术公布日:2024/12/17
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