一种含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，特别涉及一种含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、“碳达峰、碳中和”的时代背景对清洁能源提出了更高的要求，太阳能作为新能源产业中发展较为成熟的产业，正在为“双碳”目标的实现提供助力。相比传统光伏材料，新兴钙钛矿太阳能电池由于其具有出色的光电性能、生产成本低等优点，被认为是有望取代单晶硅太阳能电池的新一代太阳能电池技术，其最高光电转换效率目前已经超过了26%。

2、经典钙钛矿太阳能电池结构由透明电极、电子传输层、钙钛矿光电转化层和空穴传输层、金属电极组成等组成。钙钛矿光电转换层是电池中最重要的一层，其性能的优劣直接关系到电池的性能提升。但是由于钙钛矿薄膜的结晶过程迅速，因此在通过主流的两步旋涂法制备的钙钛矿薄膜时不可避免地产生大量缺陷，严重影响器件光电性能。通过离子掺杂的方法可以有效钝化钙钛矿薄膜缺陷，提高钙钛矿电池的性能，但是目前的掺杂剂功能相对单一，不能够从多角度充分钝化钙钛矿薄膜的缺陷。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过化合物的掺杂可以从多层面对钙钛矿薄膜的缺陷进行钝化，降低钙钛矿的缺陷，提升电池的光电转换性能和稳定性，具体而言：

2、一种含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：

3、步骤s1、清洗衬底并对清洗后的衬底进行表面处理；

4、步骤s2、配制质量分数为2.5%-5%的二氧化锡水溶液，在步骤s1得到的衬底上以2000-5000rpm旋涂二氧化锡水溶液，旋涂完成后在不超过180℃下退火20-60min，并进一步进行表面处理后，使衬底上具有二氧化锡电子传输层；

5、步骤s3、在二氧化锡电子传输层上旋涂kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅前驱体溶液，并经退火得到kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅薄膜，然后进一步在得到的碘化铅薄膜上旋涂混合有机盐溶液，并经退火得到kxrbycsz-rhcf掺杂的钙钛矿薄膜吸光层；其中r为金属，其中r选自mg、zn、cu、ni、co、cd、in、fe、mn、pb、ba中至少一种；x、y、z的取值范围均为0-1(不含0和1)，且x+y+z=1；hcf意为亚铁氰化物；

6、步骤s4、在钙钛矿薄膜吸光层上进一步依次旋涂钝化层、空穴传输层，并将空穴传输层进行氧化，最后制备一层金属电极，得到含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池。

7、优选地，步骤s1中，衬底选自氧化铟锡导电玻璃（ito），使用洗涤剂、去离子水、异丙醇、无水乙醇依次常温超声清洗10-20min；清洗后的衬底使用氮气吹干并使用紫外-臭氧对表面进一步处理10-30min。

8、优选地，步骤s2中，表面处理过程为对表面进行紫外-臭氧处理5-10min。

9、优选地，步骤s2中，二氧化锡电子传输层厚度为20-80nm。

10、优选地，步骤s3具体包含如下步骤：

11、步骤s31、称取碘化铅和kxrbycsz-rhcf，并加入体积比9:1的n,n-二甲基甲酰胺（dmf）与二甲基亚砜（dmso）的混合溶液中，得到kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅前驱体溶液，并将前驱体溶液在70℃加热搅拌12h后过滤待用；

12、步骤s32、称取碘化甲眯（fai）和氯化甲胺（macl），加入异丙醇中，得到混合有机盐溶液；

13、步骤s33、在氮气手套箱中，将二氧化锡电子传输层上旋涂kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅前驱体溶液，并在60-75℃下退火30-60s得到kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅薄膜；

14、步骤s34、在碘化铅薄膜上旋涂混合有机盐溶液，并在30%-40%湿度范围内的空气氛围中120-180℃下退火15min，得到kxrbycsz-rhcf掺杂的钙钛矿薄膜吸光层。

15、优选地，步骤s31中，kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅前驱体溶液中，kxrbycsz-rhcf的浓度为1mg/ml-20mg/ml，碘化铅在前驱体溶液中的浓度为1.3m-1.8m。步骤s32中，碘化甲眯（fai）和氯化甲胺（macl）异丙醇溶液中，fai的浓度为80-100mg/ml，macl为 8-20mg/ml。

16、优选地，步骤s3中，钙钛矿薄膜吸光层厚度为400-800nm。

17、优选地，步骤s4中，配置浓度为3-5mg/ml的苯乙基碘化胺（peai）的异丙醇溶液，将其旋涂至钙钛矿薄膜吸光层上。所得钝化层的厚度可以为10-20nm。

18、优选地，步骤s4中，以2，2"，7，7"-四[n，n-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9，9'-螺二芴（spiro-ometad）为空穴传输层，配制浓度为70-90mg/ml的spiro-ometad的氯苯溶液，然后向spiro-ometad的氯苯溶液中加入20-40 μl4-叔丁基吡啶（tbp）以及30-50 μl浓度为260mg/ml的双三氟甲烷磺酰亚胺锂（li-tfsi）的乙睛溶液，混合得到空穴传输层溶液，将空穴传输层溶液旋涂至钝化层上，旋涂完成后在干燥箱中将空穴传输层氧化12h以增强其导电性，最终得到厚度100-200nm的空穴传输层。

19、优选地，在空穴传输层上蒸镀一层金属电极，金属电极优选为金，电极厚度为50-150nm。

20、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

21、本发明在两步法中将含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂到碘化铅前驱体溶液中，使其含有的中心金属离子、铷、铯碱金属离子以及亚铁氰根离子引入到钙钛矿材料中，使得碘化铅薄膜的形成针状，增加了有机盐溶液与底层碘化铅的接触，使得有机盐可以充分反的与钙钛矿反应获得反应完全的钙钛矿薄膜。另外引入的碱金属离子（钾、铯及铷）可以改变钙钛矿晶格结构，抑制离子迁移；最后，引入的过度金属离子和亚铁氰根离子与游离的铅离子或碘离子配位，并钝化这些游离离子所造成的配位不足的原子缺陷，进而使钙钛矿薄膜获得更长的载流子寿命、更低的界面缺陷密度、更快的电荷转移、更低的回滞、更高的稳定性和更高的光电转换效率。

技术特征：

1.一种含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1中，衬底选自氧化铟锡导电玻璃，使用洗涤剂、去离子水、异丙醇、无水乙醇依次常温超声清洗10-20min；清洗后的衬底使用氮气吹干并使用紫外-臭氧对表面进一步处理10-30min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，表面处理过程为对表面进行紫外-臭氧处理5-10min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s2中，二氧化锡电子传输层厚度为20-80nm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s3具体包含如下步骤：

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤s31中，kxrbycsz-rhcf掺杂的碘化铅前驱体溶液中，kxrbycsz-rhcf的浓度为1mg/ml-20mg/ml，碘化铅在前驱体溶液中的浓度为1.3m-1.8m；步骤s32中，碘化甲眯（fai）和氯化甲胺（macl）异丙醇溶液中，fai的浓度为80-100mg/ml，macl为 8-20mg/ml。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，配置浓度为3-5mg/ml的苯乙基碘化胺（peai）的异丙醇溶液，将其旋涂至钙钛矿薄膜吸光层上。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，以2，2"，7，7"-四[n，n-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9，9'-螺二芴为空穴传输层，配制浓度为70-90mg/ml的2，2"，7，7"-四[n，n-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9，9'-螺二芴的氯苯溶液，然后向2，2"，7，7"-四[n，n-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9，9'-螺二芴的氯苯溶液中加入20-40 μl 4-叔丁基吡啶以及30-50 μl浓度为260mg/ml的双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙睛溶液，混合得到空穴传输层溶液，将空穴传输层溶液旋涂至钝化层上，旋涂完成后在干燥箱中将空穴传输层氧化12h，最终得到厚度100-200nm的空穴传输层。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s4中，在空穴传输层上蒸镀一层金属电极，金属电极优选为金，电极厚度为50-150nm。

10.根据权利要求1-9任一项所述方法制备得到的含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池。

技术总结本发明提供一种含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，包括：步骤S1、清洗衬底并对清洗后的衬底进行表面处理；步骤S2、在衬底上制备二氧化锡电子传输层；步骤S3、在二氧化锡电子传输层上得到K<subgt;x</subgt;Rb<subgt;y</subgt;Cs<subgt;z</subgt;‑RHCF掺杂的钙钛矿薄膜吸光层；步骤S4、在钙钛矿薄膜吸光层上进一步依次旋涂钝化层、空穴传输层、金属电极，得到含铷、铯金属亚铁氰化物掺杂的钙钛矿太阳能电池。本发明通过化合物的掺杂可以从多层面对钙钛矿薄膜的缺陷进行钝化，提升电池的光电转换性能和稳定性。技术研发人员：李士娜,马瑞新,仪马兰,赵英杰,赵俊杰,叶伟受保护的技术使用者：交通运输部天津水运工程科学研究所技术研发日：技术公布日：2024/8/16