铷铯共掺杂的宽带隙钙钛矿材料、高开路电压太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及铷铯共掺杂的宽带隙钙钛矿材料、高开路电压太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、在太阳能电池领域中，钙钛矿通常指一类具有abx3结构通式的化合物，其名称源于同名的catio3矿物钙钛矿。通常来讲，a位由一种或多种阳离子占据，b位为双价金属阳离子，x位为阴离子。当a、b和x位由不同的元素替代时，便会产生各种不同的钙钛矿材料。

2、作为第三代新型光伏材料，钙钛矿材料具有带隙可调、可溶液法制备和制备能耗低等优势，已然成为了制备高效率、低成本叠层太阳能电池的理想材料。其中，经过带隙调整得到的1.65ev及以上的宽带隙钙钛矿太阳能材料表现出了良好的光热稳定性，这使得制备的光电器件具有卓越的耐久性，因此，该材料成为了制备叠层太阳能电池中光吸收层的首选材料。

3、通常来讲，钙钛矿材料的制备工艺包括前驱体溶液的制备、薄膜的沉积和结晶的调控三部分。为了将钙钛矿材料的带隙扩展到大于1.65ev，通常会在前驱体溶液制备环节引入大量溴元素，而这又增加了结晶调控过程中对材料生长动力学的调控难度，导致获得的宽带隙钙钛矿材料的结晶质量较差。

4、进一步地，具有低质量晶体结构的钙钛矿材料通常具有相对多数量的深能级缺陷，即深能级缺陷密度较大，这增加了电荷局部捕获和非辐射复合的可能性，降低了载流子在材料中移动的自由度。

5、而叠层太阳能电池的光伏性能又直接取决于载流子的产生、传输和收集效率，例如，由深能级缺陷密度较大的钙钛矿材料获得的叠层太阳能电池，其开路电压损失较高、光电转化效率也较低。因此，基于宽带隙钙钛矿材料获得的叠层太阳能电池仍有较大的性能提升空间。

6、为此，现有研究常采用表面修饰技术来钝化宽带隙钙钛矿材料的深能级缺陷，以期提升叠层太阳能电池的性能。表面修饰技术是指，一种对退火后的钙钛矿薄膜进行表面修饰的后处理工艺，该方法无法调控钙钛矿结晶过程，不能从根本上抑制宽带隙钙钛矿深能级缺陷的形成，因而其修饰可能只局限在部分区域或是出现效果不稳定的情况。

7、综上，基于现有制备方法无法从根本上解决宽带隙钙钛矿材料的深能级缺陷密度大的问题，导致获得的太阳能电池具有开路电压损失高、光电转换效率低的问题，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，将铷离子引入铯掺杂钙钛矿体系，获得了一种基于铷铯共掺杂的前驱体溶液制得的宽带隙钙钛矿材料和太阳能电池。

2、具体地，本发明提供以下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液，包括abx3型钙钛矿和混合溶剂，其中，a包括铷离子和铯离子；b包括铅离子；x为氯离子、碘离子、溴离子中的一种或多种组合；所述铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液中所述铷离子的摩尔百分比为4-7％。

4、在一些实施例中，所述铷离子与所述铯离子的摩尔比为1：1.0-1.5。

5、在一些实施例中，所述a还包括甲脒离子、甲胺离子中的一种或者多种组合。

6、本发明的第二方面，提供一种铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，包括：将上述铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液沉积在衬底上，退火后获得所述铷铯共掺杂的钙钛矿材料。

7、在一些实施例中，所述钙钛矿材料的制备方法，还包括：对形成在所述衬底上的所述铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液滴加反溶剂。

8、在一些实施例中，所述反溶剂为氯苯，所述铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液与所述氯苯的体积比为1:2.0-2.5。

9、在一些实施例中，所述退火时的温度为95-105℃，

10、在一些实施例中，所述退火时的时间为10-20min。

11、本发明的第三方面，提供一种由上述铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法制得的铷铯共掺杂的钙钛矿材料。

12、本发明的第四方面，提供一种铷铯共掺杂的高开路电压太阳能电池，包括透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和电极层，所述光吸收层采用上述铷铯共掺杂的钙钛矿材料。

13、与现有技术相比，本发明的有益效果是，

14、(1)本发明所提供的铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，引入了铷元素参与宽带隙钙钛矿结晶过程的调节，从源头上抑制了钙钛矿体相及表界面缺陷的形成，大幅降低了钙钛矿的缺陷密度，得到了结晶质量高的宽带隙钙钛矿材料。

15、(2)本发明提供的铷铯共掺杂的钙钛矿材料具有良好的均匀性。混合卤素在材料中均匀分布，表现出优异的初始均一性。

16、(3)本发明所提供的钙钛矿太阳能电池将铷铯共掺杂宽带隙钙钛矿材料作为光吸收层，有效抑制了宽带隙钙钛矿太阳能电池的非辐射复合，降低了开路电压损失，从而提高了电池的光电转换效率，最后获得了具有409mv的低开路电压损失和21.57％的高光电转换效率。

17、(4)本发明所提供的钙钛矿太阳能电池中，铷元素与铯元素同为碱金属元素，化学性质相似，不会对电池器件产生负面影响。

技术特征：

1.一种铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液，包括abx3型钙钛矿和混合溶剂，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述铷离子与所述铯离子的摩尔比为1:1.0-1.5。

3.根据权利要求1所述的铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述a还包括甲脒离子、甲胺离子中的一种或者多种组合。

4.一种铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，包括：将权利要求1-4中任一项所述的铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液沉积在衬底上，退火后获得所述铷铯共掺杂的钙钛矿材料。

5.根据权利要求4所述的铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，还包括：对形成在所述衬底上的所述铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液滴加反溶剂。

6.根据权利要求5所述的铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述反溶剂为氯苯，所述铷铯共掺杂的钙钛矿前驱体溶液与所述氯苯的体积比为1:2.0-2.5。

7.根据权利要求6所述的铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述退火时的温度为95-105℃。

8.根据权利要求7所述的铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法，其特征在于，所述退火时的时间为10-20min。

9.一种铷铯共掺杂的钙钛矿材料，其特征在于，所述铷铯共掺杂的钙钛矿材料由权利要求4所述的铷铯共掺杂的钙钛矿材料的制备方法制得。

10.一种铷铯共掺杂的高开路电压太阳能电池，包括透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和电极层，其特征在于，所述光吸收层采用权利要求9所述的铷铯共掺杂的钙钛矿材料。

技术总结本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及铷铯共掺杂的宽带隙钙钛矿材料、高开路电压太阳能电池及其制备方法。本发明通过铷/铯共掺杂调控宽带隙钙钛矿薄膜结晶生长动力学，大幅降低了钙钛矿材料的缺陷密度，有效抑制了宽带隙钙钛矿太阳能电池的非辐射复合，减少了开路电压损失，提高了宽带隙钙钛矿太阳能电池的效率。技术研发人员：白杨,杨雪莹,严忠梁,王乾坤,唐定受保护的技术使用者：中国科学院深圳先进技术研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/29