一种高效率稳定性的FAPbI3基钙钛矿太阳能电池及制备方法

本发明涉及一种高效率稳定性的fapbi3基钙钛矿太阳能电池及制备方法，属于太阳能电池领域。

背景技术：

1、近年来，钙钛矿太阳能电池(pscs)发展迅速，甲脒碘化铅(fapbi3)基太阳能电池自发布以来，受到了广泛的关注和研究。fapbi3由于其优异的热稳定性和接近shockley-queisser极限的理想带隙而被证明是迄今为止最有效的钙钛矿体系。然而，fapbi3中存在本征的量子限制效应会导致非辐射复合的产生，从而影响钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(pce)和稳定性。为了改善这一现象，有必要进一步研究消除钙钛矿吸收剂中的缺陷问题，在提高效率的同时提高器件的稳定性。

2、因此，对钙钛矿层的改善，是当前钙钛矿太阳能电池领域的重要挑战之一。通过研究对钙钛矿薄膜缺陷的控制与效率的关系，有助于解决钙钛矿太阳能电池的效率问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种高效率稳定性的fapbi3基钙钛矿太阳能电池及制备方法，减少激子的非辐射复合，提升效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的一种高效率稳定性的fapbi3基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、衬底的清洗：以氧化铟锡玻璃作为衬底，清洗衬底；

4、s2、制备电子传输层：在衬底上旋涂二氧化锡前驱液，对衬底加热退火后，冷却至室温，在衬底上形成致密二氧化锡薄膜；

5、s3、制备钙钛矿层：采用碘化铅、二甲基亚砜、n,n二甲基甲酰胺和hs-944配制碘化铅溶液，采用碘甲脒、甲胺氯、异丙醇配制碘甲脒溶液，将碘化铅溶液、碘甲脒溶液通过两步法顺序沉积在致密二氧化锡薄膜上，经过分步退火形成钙钛矿层；

6、s4、制备空穴传输层：配制spiro-ometad溶液，在钙钛矿层上旋涂spiro-ometad溶液后氧化；

7、s5、制备电极：在空穴传输层上蒸镀金属电极。

8、作为实施例的一种改进，所述步骤s1中将衬底切割，依次用去离子水、丙酮、乙醇在超声清洗仪中分别超声清洗15分钟，然后用氮气吹干。

9、作为实施例的一种改进，所述步骤s2中二氧化锡前驱液采用sno2胶体溶液和去离子水按质量比为(0.5-1.5)：5混合制成；

10、所述二氧化锡前驱液旋涂时间30-60s，退火时间20-40min，退火温度140-160℃。

11、作为实施例的一种改进，所述步骤s3中碘化铅溶液的制备方法，包括步骤：

12、称取590-600毫克的pbi2加入到1毫升的dmf/dmso混合液中，然后加入hs-944，使得hs-944浓度为0.15-0.20毫克每毫升，即得碘化铅溶液；其中，dmf/dmso混合液中dmf：dmso＝950：50；

13、所述碘化铅溶液的旋涂时间25-35sec，退火时间25-35sec，退火温度60-80℃。

14、作为实施例的一种改进，所述步骤s3中碘甲脒溶液的制备方法，包括步骤：

15、称取110-130毫克的fai、12-15毫克的macl加入到1毫升的ipa溶液中，得到碘甲脒溶液；

16、所述碘甲脒溶液的旋涂时间25-35sec，退火时间10-15min，退火温度140-150℃。

17、作为实施例的一种改进，所述步骤s4中称取500-530毫克双(三氟甲烷)磺酰胺锂盐加入1毫升乙腈中，溶解，备用；

18、称取70-75毫克spiro-ometad加入1毫升氯苯溶液中，并向氯苯溶液中加入16-18微升双(三氟甲烷)磺酰胺锂盐溶液、28-30微升4-叔丁基吡啶溶液，即得spiro-ometad溶液。

19、作为实施例的一种改进，所述spiro-ometad溶液的旋涂时间15-25sec，氧化时间7-9h。

20、作为实施例的一种改进，该制备方法具体包括以下步骤：

21、s1、衬底的清洗：以氧化铟锡玻璃作为衬底，清洗衬底；

22、s2、制备电子传输层：在衬底上旋涂由sno2胶体溶液和去离子水按质量比为1：5混合制成的sno2前驱液，旋涂时间45s，对衬底加热退火，退火时间30min，退火温度150℃，冷却至室温，在衬底上形成致密二氧化锡薄膜；

23、s3、制备钙钛矿层：

24、s301、称取599.3毫克的pbi2加入到1毫升的dmf/dmso混合液中，继续加入hs-944，使得hs-944浓度为0.15-0.20毫克每毫升，将该溶液在致密二氧化锡薄膜上旋涂时间30sec，退火时间30sec，退火温度70℃；其中，dmf/dmso混合液中dmf:dmso为950:50；

25、s302、称取120毫克的fai、14毫克的macl加入到1毫升的ipa溶液中，将该溶液在经过步骤s301处理的致密二氧化锡薄膜上旋涂时间30sec，退火时间13min，退火温度145℃；

26、s4、制备空穴传输层：

27、s401、先称取520毫克双(三氟甲烷)磺酰胺锂盐加入1毫升乙腈中，得双(三氟甲烷)磺酰胺锂盐溶液，备用；

28、s402、称取72.3毫克spiro-ometad加入1毫升氯苯溶液中，并向氯苯溶液中加入17.5微升双(三氟甲烷)磺酰胺锂盐溶液、29微升4-叔丁基吡啶溶液，得spiro-ometad溶液；

29、s403、在钙钛矿层上旋涂spiro-ometad溶液后氧化，旋涂时间20sec，氧化时间8h；

30、s5、制备电极：在空穴传输层上蒸镀金属电极。

31、另外，本发明还提供了一种高效率稳定性的fapbi3基钙钛矿太阳能电池，采用所述的制备方法制得。

32、作为实施例的一种改进，该fapbi3基钙钛矿太阳能电池包括衬底，所述衬底上通过旋涂或蒸镀由下至上依次设有电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极；所述钙钛矿层中掺杂有受阻胺光稳定剂hs-944。

33、与现有技术相比，本发明的fapbi3基钙钛矿太阳能电池，以氧化铟锡玻璃作为导电衬底，通过二氧化锡前驱液高温退火制得致密二氧化锡薄膜作为电子传输层，之后通过碘化铅溶液、碘甲脒溶液旋涂，生成α-fapbi3中间相，再通过退火生成高质量的钙钛矿薄膜晶体作为吸光层。

34、本发明通过在钙钛矿层中掺杂受阻胺光稳定剂hs-944，能够改变钙钛矿薄膜的结晶过程，改变钙钛矿薄膜的表面形貌，减少钙钛矿薄膜表面和内部存在的缺陷，降低激子的非辐射复合，进而提高电池效率和稳定性。hs-944具有给电子特性，并具有与pb2+离子形成键的能力，从而实现非配位pb2+缺陷的钝化，还可以有效抑制膜内pb0缺陷的发生，这种抑制在减轻电荷复合方面起着至关重要的作用，这有利于器件的开路电压和填充因子等光伏性能指标。

35、本发明的fapbi3基钙钛矿太阳能电池，其钙钛矿层具有更低的非辐射复合强度，更高的激子寿命；制备的太阳能电池具有更高的效率和更好的稳定性。