一种钙钛矿吸收层及其制备方法和应用与流程

本发明属于太阳能电池，涉及一种钙钛矿吸收层及其制备方法和应用。

背景技术：

1、钙钛矿由于其长载流子寿命，高载流子迁移率，直接带隙，长扩散长度和低形成能量，具有广阔应用前景，如钙钛矿太阳能电池。但低的形成能和不可控的结晶过程导致钙钛矿结晶过程中存在一些缺陷。这些缺陷可以作为非辐射复合中心，导致光生载流子浓度的降低，此外，这些缺陷也可能成为氧和水的侵蚀中心，从而降低器件的稳定性和光电性能。

2、目前，前驱体溶液添加剂工程作为一种简单有效的方法，已广泛应用于钙钛矿薄膜的缺陷钝化。近年来，功能性生物分子被报道为钙钛矿中的添加剂，为钙钛矿薄膜的形貌调控提供了新的方向。

3、cn110828673a公开了一种引入硫化物添加剂制备高效钙钛矿太阳能电池的方法，通过在甲基胺碘化铅以及三元阳离子钙钛矿吸光层中引入适量的硫化物添加剂调控其生长过程，实现了高效钙钛矿太阳能电池的构建，提升了钙钛矿吸光层晶体质量和钙钛矿薄膜光生载流子寿命，内部缺陷减少。处理后的钙钛矿薄膜构建得到的电池，器件各项电学性能参数均有提升，最终性能得到改善。

4、cn113707815a公开了一种钙钛矿器件及其制备方法和钙钛矿层前驱液，通过加入第一添加剂和第二添加剂，提高钙钛矿主体的结晶速度，从而提高形成钙钛矿层的速度，同时，提高钙钛矿主体的结晶性能，从而提高钙钛矿器件的性能。

5、cn117279461a公开了一种长链杂烷基铵衍生物钙钛矿前驱体溶液添加剂制备高效稳定钙钛矿太阳能电池的方法，通过利用长链杂烷基铵衍生物作为添加剂加入到钙钛矿前驱体溶液中，起到促进钙钛矿成核和结晶生长，钝化钙钛矿缺陷，因此提升钙钛矿太阳能电池光电转换效率；同时形成氢键，提升钙钛矿太阳能电池稳定性的目的。

6、但是，上述方法无法同时兼顾良好的晶体质量、器件稳定性和光电转换效率，提供一种新型的钙钛矿吸收层及其制备方法，提高晶体质量、器件稳定性和光电转换效率，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种钙钛矿吸收层及其制备方法和应用。

2、为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种钙钛矿吸收层，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的制备原料包括钙钛矿前驱体盐和添加剂，所述添加剂包括含三氟甲基的异噁唑啉化合物。

4、本发明中，所述含三氟甲基的异噁唑啉化合物中包含-cf3、c＝o和异噁唑官能团。

5、本发明中，用于制备钙钛矿吸收层的原料中引入了含三氟甲基的异噁唑啉化合物，其中的羧基(c＝o)可以与钙钛矿表面不协调的pb2+耦合，钝化缺陷，减少非辐射复合，异噁唑官能团可以和未配位的pb2+离子缺陷反应，还能调节钙钛矿的成核和生长，减少孔洞，从而提高晶体质量，提高器件性能。此外，疏水三氟甲基(-cf3)还可提供抗水和抗氧性，提高钙钛矿的稳定性。上述的多功能基团在低温处理中有助于降低薄膜缺陷态密度，提高钙钛矿的光电性能。

6、以下作为本发明优选的技术方案，但不作为对本发明提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

7、优选地，所述含三氟甲基的异噁唑啉化合物选自氟雷拉纳、阿福拉纳、洛替拉纳、沙罗拉纳、氟噁唑酰胺、异噁唑虫酰胺和艾司索拉纳中的至少一种。

8、上述列举的物质中，一部分物质的结构式如下：

9、

10、优选地，所述钙钛矿前驱体盐包括二价阳离子卤化盐和一价阳离子卤化盐；

11、优选地，所述二价阳离子卤化盐为卤化铅，优选包括pbcl2、pbbr2和pbi2中的至少一种。

12、优选地，所述一价阳离子卤化盐包括甲基碘化铵(mai)、甲基溴化铵(mabr)、碘化钾酰胺(fai)、csi、csbr和甲基氯化铵(macl)中的至少一种。

13、作为本发明所述钙钛矿吸收层的优选技术方案，所述钙钛矿吸收层的制备原料为钙钛矿前驱体溶液，所述钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿前驱体盐、添加剂和溶剂。

14、优选地，所述钙钛矿前驱体溶液中的添加剂的浓度为0.01m～0.1m，例如0.01m、0.02m、0.03m、0.04m、0.05m、0.06m、0.07m、0.08m、0.09m或0.1m等。

15、优选地，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的混合溶液。

16、优选地，dmf和dmso的体积比为(3～6):1，例如3:1、3.5:1、4:1、4.5:1、5:1、5.5:1或6:1等。

17、优选地，所述钙钛矿吸收层的厚度为300nm～800nm，例如300nm、350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm、750nm或800nm等。

18、第二方面，本发明提供一种钙钛矿吸收层的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

19、将第一方面所述的钙钛矿吸收层的制备原料施加到基材的表面，退火后得到所述的钙钛矿吸收层。

20、优选地，所述的钙钛矿吸收层的制备原料为第一方面所述的钙钛矿前驱体溶液。

21、优选地，所述施加的方法为旋涂法。

22、优选地，所述旋涂法包括：向基材的表面滴加钙钛矿前驱体溶液，先以第一速度旋转第一时间，而后以第二速度旋转第二时间，在以所述第二速度旋转的初始时刻，滴加乙酸乙酯，待第二时间结束后形成钙钛矿液膜。

23、优选地，所述第一速度为500rpm～1500rpm，例如500rpm、600rpm、700rpm、800rpm、900rpm、1000rpm、1100rpm、1200rpm、1300rpm、1400rpm或1500rpm等。

24、优选地，所述第一速度为5s～15s，例如5s、6s、7s、8s、9s、10s、11s、12s、13s、14s或15s等。

25、优选地，所述第二速度为4000rpm～6000rpm，例如4000rpm、4200rpm、4400rpm、4600rpm、4800rpm、5000rpm、5200rpm、5400rpm、5800rpm或6000rpm等。

26、优选地，所述第二时间为20s～40s，例如20s、25s、30s、35s或40s等。

27、优选地，所述退火的温度为100℃～180℃，例如100℃、110℃、120℃、130℃、140℃、150℃、160℃、170℃或180℃等。

28、优选地，所述退火的时间为5min～15min，例如5min、6min、8min、10min、11min、12min、13min或15min等。

29、第三方面，本发明提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括第一方面所述的钙钛矿吸收层。

30、优选地，所述太阳能电池为钙钛矿太阳能电池或钙钛矿晶硅叠层太阳能电池。

31、本发明在一个实施方式中提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极。

32、在一个实施方式中，钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层为双层结构，具体为层叠设置的氧化镍空穴传输层和[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸(meo-2pacz)空穴传输层，氧化镍空穴传输层靠近导电玻璃一侧。

33、在一个实施方式中，钙钛矿太阳能电池中的电子传输层为双层结构，具体为层叠设置的c60电子传输层和二氧化锡电子传输层，二氧化锡电子传输层靠近金属电极一侧。

34、本发明在一个实施方式中提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

35、第一步：清洗玻璃导电基底；

36、第二步：在玻璃导电基底上制备空穴传输层氧化镍；

37、第三步：制备meo-2pacz空穴传输层

38、第四步：钙钛矿吸光层的制备；

39、第五步：蒸镀c60电子传输层；

40、第六步：制备二氧化锡电子传输层；

41、第七步：蒸镀银金属电极。

42、本发明在一个实施方式中提供一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池，包括晶硅底电池，所述晶硅底电池作为半成品异质结电池，包括依次层叠设置的背面导电金属电极、背面透明导电层、p型非晶硅层、第一本征非晶硅层、硅片、第二本征非晶硅层、n型非晶硅层，晶硅底电池在n型非晶硅层的表面设置有中间复合层、所述中间复合层远离晶硅底电池的一侧表面依次设置有空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、顶层透明导电层和正面导电金属电极。

43、在一个实施方式中，钙钛矿晶硅叠层太阳能电池中的空穴传输层为双层结构，具体为层叠设置的氧化镍空穴传输层和(meo-2pacz)空穴传输层，氧化镍空穴传输层靠近导电玻璃一侧。

44、在一个实施方式中，钙钛矿晶硅叠层太阳能电池中的电子传输层为双层结构，具体为层叠设置的c60电子传输层和二氧化锡电子传输层，二氧化锡电子传输层靠近金属电极一侧。

45、本发明在一个实施方式中提供一种钙钛矿晶硅叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

46、第一步：在晶硅电池基底的n面微晶硅上进行制备中间复合层；

47、第二步：在ito中间复合层上制备空穴传输层氧化镍；

48、第三步：制备meo-2pacz空穴传输层

49、第四步：钙钛矿吸光层的制备；

50、第五步：蒸镀c60电子传输层；

51、第六步：制备二氧化电子传输层；

52、第七步：制备ito薄膜；

53、第八步：蒸镀银金属电极。

54、第四方面，本发明提供一种光伏器件，所述光伏器件包括第三方面所述的太阳能电池。

55、本发明所述的数值范围不仅包括上述列举的点值，还包括没有列举出的上述数值范围之间的任意的点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。

56、与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

57、本发明中，用于制备钙钛矿吸收层的原料中引入了含三氟甲基的异噁唑啉化合物，其中的可以和羧基(c＝o)与钙钛矿表面不协调的pb2+耦合，钝化缺陷，减少非辐射复合，异噁唑啉可以和未配位的pb2+离子缺陷反应，还能调节钙钛矿的成核和生长，减少孔洞，从而提高晶体质量，提高器件性能。此外，疏水三氟甲基(-cf3)还可提供抗水和抗氧性性能，提高钙钛矿的稳定性。上述的多功能基团在低温处理中有助于降低薄膜缺陷态密度，提高钙钛矿的光电性能。