钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本申请涉及太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿材料由于其优异的光电特性而被用于太阳能电池、led、探测器等多种领域。钙钛矿的带隙可以调节至1.60至1.70ev，适用于与硅电池的串联或者并联叠层结构。

2、目前，热、光、湿度、氧气等是导致电池性能下降的重要外部因素，而由钙钛矿材料内部及其界面引起的结构和化学不稳定性相比前者则更为复杂。通过改变钙钛矿成核和生长过程来实现钙钛矿薄膜的可控结晶化而获得高质量钙钛矿薄膜是提升稳定性的重要途径。一方面，有效的钝化是实现高效稳定器件的关键之一，已有诸多报道采用胺类的碘盐作为钝化分子钝化界面缺陷，常在后处理过程当中加入带有大分子的卤素铵盐，原位形成表面低维结构，起到钝化缺陷的作用，但是，由于单层结构较高的带隙，钝化后薄膜表面形成的单层结构过多可能会阻碍载流子传输。另一方面，随着胺阳离子同时引入的碘负离子对界面的影响并未被考虑。

3、因此，需要寻找更加合适的界面钝化策略，以提升电池的光电转换效率。

4、需要说明的是，上述内容并不必然是现有技术，也不用于限制本申请的专利保护范围。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以解决或缓解上面提出的技术问题。本申请实施例的钙钛矿前驱体溶液，不仅可以用于制备大晶粒尺寸的多晶钙钛矿薄膜，改善钙钛矿薄膜的晶体质量，形成良好的表面形貌；还可以提高了钙钛矿薄膜的电导率和载流子迁移率。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿前驱体溶液，包括钙钛矿材料、g-c3n4类聚合物以及第一有机溶剂，其中：

3、所述g-c3n4类聚合物至少包括石墨相g-c3n4、金属元素修饰的g-c3n4、非金属元素修饰的g-c3n4中的一种。

4、可选地，所述金属元素修饰的g-c3n4至少包括钠掺杂g-c3n4、钾掺杂g-c3n4、铁掺杂g-c3n4、铜掺杂g-c3n4中的一种；

5、所述非金属元素修饰的g-c3n4至少包括磷掺杂g-c3n4、硼掺杂g-c3n4、氮掺杂g-c3n4中的一种。

6、可选地，所述钙钛矿材料为abx3结构，其中：

7、a为一价阳离子，至少包括铯、铷、甲胺基、甲脒基中的一种一价阳离子；

8、b为二价阳离子，至少包括铅、铜、锌、镓、锡、钙中的一种二价阳离子；

9、x为一价阴离子，至少包括碘、溴、氯、氟、硫氰根中的一种一价阴离子。

10、可选地，所述第一有机溶剂至少包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、乙腈中的一种。

11、可选地，所述g-c3n4类聚合物与所述钙钛矿材料的摩尔比为0.001％～10％。

12、第二方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层中掺杂有g-c3n4类聚合物。

13、可选地，所述钙钛矿吸光层的厚度为10～100μm，所述钙钛矿吸光层的带隙为0.9～3.0ev。

14、可选地，还包括依次层叠的第一金属电极层、第一ito透明导电层、p型非晶硅层、单晶硅层、n型非晶硅层、第二ito透明导电层、空穴传输层；

15、所述钙钛矿吸光层叠于所述空穴传输层的表面；

16、还包括依次层叠于所述钙钛矿吸光层的电子传输层、sno2层、第三ito透明导电层、第二金属电极层。

17、可选地，所述第一金属电极层和所述第二金属电极层均至少包括au、ag、al、cu、石墨烯中的一种；

18、所述第一ito透明导电层、所述第二ito透明导电层、所述第三ito透明导电层均至少包括铟锡氧化物、铟锌氧化物、钨掺杂氧化铟、氟掺杂氧化锡、铈掺杂氧化铟、铝掺杂氧化锌、硼掺杂氧化锌、二氧化钛、氧化锡、纳米晶硅中的一种；

19、所述空穴传输层至少包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸及其衍生物、2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚对苯二甲酸乙二醇酯、3-己基噻吩的聚合物、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸、氧化镍、硫氰酸亚铜中的一种；

20、所述电子传输层至少包括n型单晶硅、n型多晶硅、n型非晶硅、tio2、sno2、zno、zro2、镓锌氧化物、铟锌氧化物、氟掺杂氧化锡、铟锡氧化物、basno3、tisnox、snznox、富勒烯、富勒烯衍生物中的一种。

21、第三方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，用于制备上述的钙钛矿太阳能电池，所述方法包括：

22、将钙钛矿材料、g-c3n4类聚合物以及第一有机溶剂混合均匀，形成钙钛矿前驱体溶液；

23、将钙钛矿前驱体溶液以3000～5000rpm的转速旋涂，在旋涂过程中滴加第二有机溶剂，再置于基板上进行退火，沉积得到钙钛矿吸光层。

24、可选地，在沉积钙钛矿吸光层之前，所述方法还包括：

25、获取单晶硅层，并在单晶硅层的上表面沉积n型非晶硅层；

26、在单晶硅层的下表面沉积p型非晶硅层；

27、在n型非晶硅层的上表面沉积第二ito透明导电层；

28、在p型非晶硅层的下表面沉积第一ito透明导电层；

29、在第二ito透明导电层的上表面沉积空穴传输层；

30、在沉积钙钛矿吸光层之后，所述方法还包括：

31、在钙钛矿吸光层的上表面依次沉积电子传输层、sno2层、第三ito透明导电层、第二金属电极层；

32、在第一ito透明导电层的下表面沉积第一金属电极层。

33、第四方面，本申请实施例提供了一种光伏组件，包括：多个串联和/或并联连接的太阳能电池，其中，至少一个太阳能电池为上述的钙钛矿太阳能电池。

34、第五方面，本申请实施例提供了一种光伏系统，包括上述的光伏组件。

35、本申请实施例采用上述技术方案可以包括如下优势：

36、通过在钙钛矿前驱体溶液中加入g-c3n4类聚合物，可以抑制快速成核，改善晶体质量，形成良好表面形貌和较大晶粒尺寸的钙钛矿薄膜。此外，g-c3n4类聚合物的homo能级接近钙钛矿价带，因此不影响电荷传输，缓解了二维结构钝化和聚合物材料钝化引起的阻碍载流子传输的问题，同时，由于g-c3n4类聚合物本身的导电性，将其掺杂到钙钛矿材料中，能够提高钙钛矿膜的电导率和载流子迁移率，进而提高器件性能。

技术特征：

1.一种钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，包括钙钛矿材料、g-c3n4类聚合物以及第一有机溶剂，其中：

2.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述金属元素修饰的g-c3n4至少包括钠掺杂g-c3n4、钾掺杂g-c3n4、铁掺杂g-c3n4、铜掺杂g-c3n4中的一种；

3.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述第一有机溶剂至少包括二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、乙腈中的一种。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述g-c3n4类聚合物与所述钙钛矿材料的摩尔比为0.001％～10％。

5.一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，其特征在于，所述钙钛矿吸光层中掺杂有g-c3n4类聚合物。

6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，还包括依次层叠的第一金属电极层、第一ito透明导电层、p型非晶硅层、单晶硅层、n型非晶硅层、第二ito透明导电层、空穴传输层；

7.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，用于制备如权利要求5～6任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述方法包括：

8.根据权利要求7所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在沉积钙钛矿吸光层之前，所述方法还包括：

9.一种光伏组件，其特征在于，包括：

10.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求9所述的光伏组件。

技术总结本申请实施例提供一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿前驱体溶液包括钙钛矿材料、g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;类聚合物以及第一有机溶剂，其中：g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;类聚合物至少包括石墨相g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;、金属元素修饰的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;、非金属元素修饰的g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;中的一种。本申请实施例的技术方案可以用于制备大晶粒尺寸的多晶钙钛矿薄膜，改善钙钛矿薄膜的晶体质量，形成良好的表面形貌；还可以提高了钙钛矿薄膜的电导率和载流子迁移率，同时，由于g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;类聚合物本身的导电性，将其掺杂到钙钛矿材料中，能够提高钙钛矿膜的电导率和载流子迁移率，进而提高器件性。技术研发人员：虞丹妮,陈啸,傅予,张学玲受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17