一种带边可调的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种带边可调的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着人类经济和科技的迅速发展，能源与环境问题日益严重，大力发展可再生能源已成为许多国家的重要能源战略。为此，我国也提出了“双碳”目标。为早日完成此目标，在保证国家正常发展和人类生活需求的同时，必须重点开发新型可再生能源，如风能、太阳能等。其中，太阳能发电被认为是二十一世纪生成清洁电能的最理想方式之一。而太阳能的高效利用，离不开高效太阳能电池的研发。近年来，卤化物钙钛矿太阳能电池因具有高的光电转换效率、低的制作成本、工艺简单等特点，被视为最有发展前景的新一代光伏技术，引起了学术界及企业界的广泛关注。经过十余年的发展，钙钛矿太阳能电池的最高光电转换效率已经突破26％，逼近了晶体硅电池最高效率(27.09％)，展现出很好的实用化前景。然而，作为钙钛矿电池的核心功能层，钙钛矿薄膜在外场条件下(光、氧、水、热等)的不稳定性严重限制了最终器件的运行稳定性，同时，钙钛矿薄膜有限的吸光范围也限制了其对太阳光谱的合理利用。因此，从实用化发展的角度来看，发展稳定高效、具备宽光谱吸收的钙钛矿薄膜具有更重要的研究意义。

2、本发明的目的在于通过在钙钛矿前驱体溶液中引入一种新型多功能分子(甲基硫代)甲基亚砜甲酯(mms)，通过其与钙钛矿前驱体的相互作用，有效调控钙钛矿薄膜的结晶过程和最终晶体质量，获得高结晶质量、低缺陷态密度的钙钛矿薄膜；并且，值得注意的是引入功能分子的钙钛矿薄膜光谱吸收带边位置发生了5nm左右的红移，这为钙钛矿电池提供了更宽的光谱吸收，从而，实现对太阳光谱的有效利用。这些优点保证了高效稳定钙钛矿电池的制备，为其进一步实用化发展提供重要研究思路和基础。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种带边可调的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过引入多功能分子(甲基硫代)甲基亚砜甲酯(mms)，通过其与钙钛矿前驱体的相互作用，有效调控钙钛矿薄膜的结晶过程和最终晶体质量，获得高结晶质量、低缺陷态密度的钙钛矿薄膜；有效调控了钙钛矿的成核结晶过程、钝化了钙钛矿薄膜内部未配位的pb2+缺陷；同时，获得的钙钛矿薄膜光谱吸收带边位置发生了5nm左右的红移。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种带边可调的钙钛矿太阳能电池，包括导电基底、空穴传输层、空穴传输修饰层、钙钛矿层、钙钛矿界面钝化层、电子传输层、空穴阻挡层与金属背电极；所述钙钛矿层为前驱体中引入mms功能分子的钙钛矿层。

4、进一步的，氧化镍空穴传输层的厚度为10纳米，钙钛矿层厚度为600纳米，c60电子传输层厚度为20纳米，bcp空穴阻挡层厚度为6纳米，金属背电极ag厚度为120纳米。

5、进一步的，钙钛矿层组分为有机无机杂化钙钛矿或全无机钙钛矿。

6、另一方面，本发明提出上述带边可调的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

7、s1：清洗干净的fto导电玻璃用氮气吹干后进行20分钟臭氧处理，将10毫克/毫升低温超声30分钟的氧化镍纳米颗粒溶液过滤后旋涂在上述臭氧处理后的fto导电玻璃基地上，120℃退火20分钟后得到致密的氧化镍空穴传输层。

8、s2：将上述基底放进氮气环境的手套箱进行后续制备，将0.5毫克/毫升的me-4pacz的乙醇溶液动态旋涂在s1获得的基底上，110℃退火后完成制作。

9、s3：采用一步溶液旋涂反溶剂法制备钙钛矿层；

10、s4：在上述退火完成的钙钛矿薄膜上旋涂30微升1毫克/毫升1，3-二氨基丙烷二氢碘酸盐(pdai2)的异丙醇/氯苯(1：1)溶液，得到钙钛矿界面钝化层。

11、s5：在上述基底上真空热蒸镀一层厚度为20纳米的c60电子传输层。

12、s6：在电子传输层之上，真空热蒸镀一层厚度为6纳米的bcp空穴阻挡层。

13、s7：在上述基底上，真空热蒸镀一层厚度为120纳米的银电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备。

14、进一步的，所述步骤s3具体包括：

15、钙钛矿前驱体溶液的制备：以二元阳离子钙钛矿组分为例，所述钙钛矿前驱体溶液是浓度为1.6m的cs0.05fa0.95pbi3，其中fa为nh2chnh2+，溶剂为n，n-二甲基甲酰胺(dmf)与二甲基亚砜(dmso)的混合溶剂，dmf与dmso的体积比为4：1。并将液体功能分子(甲基硫代)甲基亚砜甲酯(mms)取代对应量的dmso以添加到钙钛矿前驱体溶液中实现对钙钛矿成膜过程的调控，最优的mms含量为10微升/毫升。

16、钙钛矿薄膜的制备：首先在s2中获得的基底上动态旋涂1毫克/毫升苯乙基碘化铵(peai)的dmf溶液以增加浸润性，然后静态旋涂钙钛矿前驱体溶液并用苯甲醚作为反溶剂使钙钛矿快速结晶得到中间相，旋涂完成后在110℃热台上退火20分钟获得光亮的钙钛矿多晶薄膜。

17、本发明的有益效果：

18、本发明在常规钙钛矿前驱体中引入功能分子(甲基硫代)甲基亚砜甲酯(mms)：mms功能分子通过特征官能团(s＝o)和功能原子(s)与钙钛矿前驱体进行相互作用，可以有效调控钙钛矿薄膜的结晶过程和最终晶体质量。mms与钙钛矿前驱体中的pbi2、fai等发生相互作用，一方面增强了与pbi2的配位能力，另一方面可以抑制fai的脱质子化，从而稳定前驱体溶液；同时，前驱体溶液的表面张力和粘度等物理性质也发生改变。这些有益特征会影响钙钛矿晶核的形成和晶体生长过程，从而调节钙钛矿晶体的生长速率和结晶取向，最终影响晶体的结晶度和缺陷态密度。

19、本发明引入mms功能分子后，钙钛矿薄膜的带边位置发生了5nm左右的红移。mms与钙钛矿前驱体中的阳离子和阴离子形成配位络合物。这种中间态络合物会改变钙钛矿结晶过程，有效抑制了微量纳米级别杂相及缺陷的形成，导致带尾态更加有序，从而在一定程度上改变了光谱吸收带边位置。具体而言，mms的引入可以有效抑制微量纳米级别杂相及缺陷的形成并形成有序的带尾态，使得带边位置向长波长光谱区发生一定的红移。

20、综上所述，本技术方案通过引入功能分子(甲基硫代)甲基亚砜甲酯(mms)并调控钙钛矿薄膜的结晶过程和最终晶体质量，实现了带边可调的钙钛矿太阳能电池。引入mms可以改善钙钛矿薄膜的结晶质量和缺陷密度，提高太阳能电池的效率和稳定性。同时，带边位置的调控可以扩展钙钛矿太阳能电池的光谱吸收范围，提高光电转换效率。这些创新点和优势为钙钛矿太阳能电池的实际应用和进一步发展提供了重要的研究思路和基础。

21、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

技术特征：

1.一种带边可调的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括导电基底、空穴传输层、空穴传输修饰层、钙钛矿层、钙钛矿界面钝化层、电子传输层、空穴阻挡层与金属背电极；所述钙钛矿层为前驱体溶液中引入mms功能分子的钙钛矿层。

2.如权利要求1所述的带边可调的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：氧化镍空穴传输层的厚度为10纳米，钙钛矿层厚度为600纳米，c60电子传输层厚度为20纳米，bcp空穴阻挡层厚度为6纳米，金属背电极ag厚度为120纳米。

3.如权利要求1所述的带边可调的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：引入mms功能分子的钙钛矿层光谱吸收带边位置显示了5nm的红移。

4.如权利要求1-3任一项所述带边可调的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s3具体包括：

技术总结本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种带边可调的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括导电基底、空穴传输层、空穴传输修饰层、钙钛矿层、钙钛矿界面钝化层、电子传输层、空穴阻挡层与金属背电极；所述钙钛矿层为前驱体溶液中引入MMS功能分子的钙钛矿层。本发明通过引入MMS，利用其功能基团与钙钛矿前驱体的相互作用，不仅有效调控了钙钛矿的成核结晶过程、钝化了钙钛矿薄膜内部未配位的Pb<supgt;2+</supgt;缺陷。而且，引入MMS的钙钛矿薄膜显示出5nm的带边红移，这主要归因于微量纳米级别杂相的消除及带尾缺陷态密度的减少。本发明操作简单、可重复性好、易制备，为研制高效稳定、宽光谱吸收钙钛矿太阳能电池提供了一种新的方法。技术研发人员：吴义辉,杨杰威,王七,陈鑫,姚瑜祺,彭强受保护的技术使用者：四川大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23