一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池及制备方法与流程

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备，具体涉及一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术：

1、有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池(pscs)因其优异的光伏性能、低成本的制造技术而受到极大的关注。相比于传统钙钛矿氧化物，有机-无机钙钛矿薄膜中更脆弱的库仑相互作用和弱离子键易导致软离子逃逸或者重组，产生相当数量的深能级缺陷作为非辐射的复合中心，严重影响pscs的光电转换效率和器件稳定性。近年来，科研工作者开发了多种有机分子添加剂用以修复相关缺陷，抑制非辐射复合损失，提高开路电压，光电转换效率和稳定性。然而，大多数有机分子功能单一，只能作用于钙钛矿中的一种或两种带电缺陷，器件优化效果有限。因此，开发一种可同时钝化钙钛矿中多种带电缺陷的功能分子，对提高器件的性能至关重要。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池及制备方法，用以解决现有技术中的大多数有机分子功能单一，只能作用于钙钛矿中的一种或两种带电缺陷，器件优化效果有限的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供了一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的导电基底、电子传输层、复合钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极层；

4、其中，复合钙钛矿吸光层包括钙钛矿吸光层和钙钛矿吸光层中掺杂的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐。

5、在具体实施过程中，所述电子传输层为氧化锡层；所述复合钙钛矿吸光层中的钙钛矿吸光层为faxcs1-xpbi3，0.9≤x≤0.95；所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴；所述顶电极层为金属电极。

6、在具体实施过程中，所述钙钛矿吸光层为fa0.95cs0.05pbi3，所述钙钛矿吸光层的原料包括甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐和碘化铅，所述甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐和碘化铅的摩尔比为0.95:0.05:0.25:1.0。

7、在具体实施过程中，所述2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐的掺杂量为0.1～2mg/ml。

8、在具体实施过程中，所述电子传输层的厚度为20～40nm；所述复合钙钛矿吸光层的厚度为450～550nm；所述空穴传输层的厚度为20～50nm；所述顶电极层的厚度为80～120nm。

9、本发明提供了一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

10、s1：对导电基底进行预处理；

11、s2：在导电基底的上方制备电子传输层；

12、s3：将甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐、碘化铅以及2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐混合后溶解在n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜组成的混合溶剂中，获得复合钙钛矿前驱体溶液；采用旋涂法将复合钙钛矿前驱体溶液旋涂在电子传输层的上方制备复合钙钛矿吸光层；

13、s4：在复合钙钛矿吸光层的上方制备空穴传输层；

14、s5：在空穴传输层的上方制备顶电极层，获得2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池。

15、在具体实施过程中，所述s1中，所述预处理为依次进行的采用溶剂超声清洗处理、氮气吹干处理和紫外臭氧照射处理；

16、其中，溶剂包括去离子水、丙酮和无水乙醇；

17、所述s2中，所述电子传输层的制备方法为化学浴沉积法；所述s4中，所述空穴传输层的制备方法为旋涂法；所述s5中，所述顶电极层的制备方法为热蒸镀法。

18、在具体实施过程中，所述s3中，所述甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐、碘化铅的摩尔比为(0.9～0.95):(0.05～0.1):0.25:1.0。

19、在具体实施过程中，所述s3中，所述复合钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.2～1.5m。

20、在具体实施过程中，所述n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为8.5:1.5。

21、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

22、本发明提供了一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体在钙钛矿前驱液中引入2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐。其中，2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐是一种多功能有机离子主要有两方面作用，一方面，2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐对薄膜结晶过程进行主动干预，形成中间相加合物，延缓薄膜的结晶过程，有效提高薄膜质量。另一方面，2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐可同时作为电子受体和电子供体与薄膜表面以及晶界上电子缺陷形成离子键或共价键，有效修复hc(nh2)2+(fa+)空位和pb相关缺陷，且2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐中f可显著提升薄膜耐湿性，增加pscs的湿度稳定性。

23、本发明提出的掺杂钙钛矿所使用的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐具有结构简单、制备方法简单以及成本低廉等优点，而进一步的基于2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂的pscs具有高效、稳定的特点。因此，本发明提出的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法具有广泛的应用前景，为pscs的产业化应用提供了基础。

24、本发明提供了一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂后pscs的填充因子和开路电压均有明显提升，所制备的器件获得26.02％的高光电转换效率。

技术特征：

1.一种2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次设置的导电基底、电子传输层、复合钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极层；

2.根据权利要求1所述的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为氧化锡层；所述复合钙钛矿吸光层中的钙钛矿吸光层为faxcs1-xpbi3，0.9≤x≤0.95；所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴；所述顶电极层为金属电极。

3.根据权利要求2所述的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为fa0.95cs0.05pbi3，所述钙钛矿吸光层的原料包括甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐和碘化铅，所述甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐和碘化铅的摩尔比为0.95:0.05:0.25:1.0。

4.根据权利要求1所述的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐的掺杂量为0.1～2mg/ml。

5.根据权利要求1所述的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为20～40nm；所述复合钙钛矿吸光层的厚度为450～550nm；所述空穴传输层的厚度为20～50nm；所述顶电极层的厚度为80～120nm。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的2,2,2-三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s1中，所述预处理为依次进行的采用溶剂超声清洗处理、氮气吹干处理和紫外臭氧照射处理；

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s3中，所述甲脒氢碘酸盐、碘化铯、甲胺盐酸盐、碘化铅的摩尔比为(0.9～0.95):(0.05～0.1):0.25:1.0。

9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述s3中，所述复合钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.2～1.5m。

10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为8.5:1.5。

技术总结本发明公开了一种2,2,2‑三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池及制备方法，属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域。2,2,2‑三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池包括自下而上依次设置的导电基底、电子传输层、复合钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极层；其中，复合钙钛矿吸光层包括钙钛矿吸光层和钙钛矿吸光层中掺杂的2,2,2‑三氟乙胺氢溴酸盐。上述2,2,2‑三氟乙胺氢溴酸盐掺杂钙钛矿太阳能电池能够解决现有技术中的大多数有机分子功能单一，只能作用于钙钛矿中的一种或两种带电缺陷，器件优化效果有限的问题。技术研发人员：赵文静,陈帅,朱小宁,黄林泉受保护的技术使用者：陕西煤业化工技术研究院有限责任公司技术研发日：技术公布日：2024/7/18