钙钛矿前驱体溶液及其制备方法、钙钛矿活性层及其制备方法以及太阳能电池

本技术涉及无机化合物，特别涉及钙钛矿前驱体溶液及其制备方法、钙钛矿活性层及其制备方法以及太阳能电池。

背景技术：

1、钙钛矿电池，凭借其高效率、低成本、制造工艺简单以及光谱吸收范围广等优势，已经成为太阳能电池领域的研究热点，在工业应用上也展现出巨大的潜力。

2、钙钛矿电池主要包括单结钙钛矿电池和叠层钙钛矿电池两种形式，钙钛矿叠层太阳能电池可以突破单结电池的肖克利-奎伊瑟极限而实现很高的光电转化效率和材料制备成本低的优势，在国内外引起了空前巨大的研究热潮。

3、然而，现有的叠层钙钛矿电池存在非辐射复合严重，开路电压损失大的问题，影响光电转换效率。

技术实现思路

1、本技术提供一种钙钛矿前驱体溶液及其制备方法、钙钛矿活性层及其制备方法以及太阳能电池，以解决相关技术中钙钛矿电池非辐射复合严重，开路电压损失大的问题，影响光电转换效率的问题。

2、第一方面，本技术提供了一种钙钛矿前驱体溶液，包括钙钛矿基础组分、钙钛矿辅助组分以及溶剂，其中：

3、所述钙钛矿辅助组分包括gacl。

4、本技术通过在钙钛矿中添加有机阳离子胍ga和卤化物阴离子氯cl，cl的加入可以拓宽带隙，大阳离子ga的加入进一步拓宽带隙，通过两者协同作用来拓宽带隙，可以降低宽带隙钙钛矿原本所需的溴含量。此外，ga丰富的n-h键特性和零电偶极矩特性，抑制了钙钛矿中有害中间体的产生，使得卤化物分布更均匀，同时其更多的氨基数量更有利于钝化缺陷，实现抑制非辐射复合和卤化物相偏析，从而降低开路电压的损失，提高光电转换效率。

5、胍ga的化学式为c6h14n4o2，具有正电荷，有丰富的n-h键特性和零电偶极矩，可以提高钙钛矿的带隙，钝化缺陷。

6、一些实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液中：

7、ga的摩尔占比为1％～4％，ga的摩尔占比在此范围内，可以拓宽带隙，并抑制非辐射复合和卤化物相偏析；和/或，

8、cl的摩尔占比为1％～4％，cl的摩尔占比在此范围内，可以拓宽带隙。

9、一些实施例中，所述钙钛矿辅助组分还包括pbcl，通过在钙钛矿前驱体溶液添加pbcl取代pbbr，可以使得采用cl取代部分br，减少br的占比，减缓钙钛矿结晶的速率，提高钙钛矿晶粒的粒径，减小缺陷密度，减少非辐射复合，降低开路电压的损失，提高光电转换效率。

10、一些实施例中，所述钙钛矿基础组分的通式为fa(1-x)csxpb(i(1-y)bry)3,其中：

11、0≤x≤1，0.1≤y≤1；需要说明的是，所述钙钛矿基础组分可以是pbi2、pbbr2、fai、csi、fabr、csbr的组合物，其通式满足fa(1-x)csxpb(i(1-y)bry)3即可，在钙钛矿基础组分的通式为fa(1-x)csxpb(i(1-y)bry)3基础上引入卤化物阴离子氯cl，cl的加入形成三重卤化物拓宽带隙，大阳离子ga的加入进一步拓宽带隙，通过两者协同作用来拓宽带隙，可以降低宽带隙钙钛矿原本所需的溴含量，减少溴含量过高而导致的负面影响，减少宽带隙钙钛矿器件的开路电压损失。和/或，

12、所述溶剂包括dmf及dmso中的至少一种。在一些实施例中，当溶剂同时包括dmf及dmso时，dmf与dmso的质量比可以是(3～5)：1。

13、需要说明的是，fa是指甲脒，化学式为ch4n2。

14、第二方面，本技术提出了一种钙钛矿前驱体溶液的制备方法，包括以下步骤：

15、将钙钛矿基础组分及gacl与溶剂混合，得钙钛矿前驱体溶液。

16、通过将钙钛矿基础组分及gacl与溶剂混合，可以将钙钛矿基础组分与gacl分散在溶剂中，提高均匀性。

17、一些实施例中，所述将钙钛矿基础组分及gacl与溶剂混合，得钙钛矿前驱体溶液包括：

18、将fai、csi、pbi2、pbbr2、pbcl2和gacl与dmf和dmso混合6h，得钙钛矿前驱体溶液。将fai、csi、pbi2、pbbr2、pbcl2和gacl与dmf和dmso混合6h可以将fai、csi、pbi2、pbbr2、pbcl2和gacl均匀分散在dmf和dmso中。在一些实施例中，当溶剂同时包括dmf及dmso时，dmf与dmso的质量比可以是(3～5)：1。

19、第三方面，本技术提出了一种钙钛矿活性层的制备方法，包括以下步骤：

20、将钙钛矿前驱体溶液旋涂至基片上；

21、其中，所述钙钛矿前驱体溶液为第一方面所述的钙钛矿前驱体溶液，或所述钙钛矿前驱体溶液由第二方面所述的钙钛矿前驱体溶液制备方法制备而成。

22、通过大阳离子ga的加入进一步拓宽带隙，通过两者协同作用来拓宽带隙，可以降低宽带隙钙钛矿原本所需的溴含量。此外，ga丰富的n-h键特性和零电偶极矩特性，抑制了钙钛矿中有害中间体的产生，使得卤化物分布更均匀，同时其更多的氨基数量更有利于钝化缺陷，实现抑制非辐射复合和卤化物相偏析。同时gacl更利于保持钙钛矿层的粗糙度，有利于后续的叠层工序的叠层。

23、具体地，可以在ito玻璃衬底上旋涂所述的阴阳离子协同的钙钛矿前驱体溶液，第一步旋转速度为1000rpm，旋涂时间为10s，第二步旋转速度为6000rpm，旋涂时间为50s，在第二步的第15s滴加反溶剂乙醚，随后放置于65℃的热台上退火2min，然后转移至100℃的热台上退火10min，即可得到钙钛矿活性层。

24、第四方面，本技术提出了一种钙钛矿活性层，由第三方面所述的钙钛矿活性层的制备方法制备而成。

25、第五方面，本技术提出了一种太阳能电池，包括第四方面的钙钛矿活性层。

26、一些实施例中，所述钙钛矿活性层的厚度为300～400nm。所述钙钛矿活性层的厚度在此范围内，可以实现钙钛矿叠层电池中对宽带隙部分的吸光要求。

27、需要说明的是，一些实施例中，所述太阳能电池还可以包括衬底、空穴传输层、电子传输层及顶电极层，其中所述钙钛矿活性层位于空穴传输层与电子传输层之间。

28、具体地，将空穴传输层材料niox配成10mg/ml溶液，me-4pacz配成0.3mg/ml溶液；niox溶液在使用前超声15min，最后过滤使用；在ito玻璃衬底上旋涂niox溶液，旋转速度为3000rpm，旋涂时间为30s，随后放置于130℃的热台上退火30min；等到冷却，在niox衬底上旋涂me-4pacz溶液，旋转速度为3000rpm，旋涂时间为30s，随后放置于100℃的热台上退火10min，即可得到空穴传输层。

29、在空穴传输层上旋涂所述的钙钛矿前驱体溶液，第一步旋转速度为1000rpm，旋涂时间为10s，第二步旋转速度为6000rpm，旋涂时间为50s，在第二步的第15s滴加反溶剂乙醚，随后放置于65℃的热台上退火2min，然后转移至100℃的热台上退火10min，即可得到钙钛矿活性层。

30、将得到的钙钛矿活性层转移至真空热蒸发系统，在真空度达到1.5×10-4pa以下时，以0.01nm/s的速度先后蒸发20nm c60和7nm bcp(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉)，即可得到电子传输层。

31、在所述的电子传输层上蒸发cu电极作为顶电极，即可得到太阳能电池。

32、除了niox空穴传输层是在开放空气条件下进行之外，其余的包括钙钛矿、电子传输层和顶电极都是在惰性气体保护的氛围下进行的。