一种钙钛矿层的制备工艺及钙钛矿太阳能电池的制作方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿层的制备工艺及钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、能源作为人类最早利用的自然资源之一，推动了文明社会的进步和经济领域的发展。面对不断消耗的不可再生能源和日益严峻的能源危机，发展绿色可再生能源技术势在必行。传统的基于硅等无机半导体材料的太阳能电池虽然已经商品化，但其生产工艺复杂、成本过高，并且存在无机材料不可降解以及不易柔性加工等缺陷，限制了其应用范围。而取之不尽用之不竭的太阳能作为一种绿色的可再生能源是最具有应用前景的光伏技术之一。

2、钙钛矿电池属于太阳能电池众多类型中的一种，是一种有前途的绿色和可再生能源。钙钛矿层属于钙钛矿电池的重要组成部分，现有技术通常采用旋涂或刮涂工艺制备钙钛矿层，相比于旋涂工艺，刮涂工艺制备得到的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率更高。同时，在制备钙钛矿层时，通常需要使用溶剂溶解钙钛矿材料，而戊内酯是一种常用于溶解钙钛矿材料制备钙钛矿层的绿色溶剂。但发明人在实验过程中，发现采用戊内酯作为绿色溶剂溶解钙钛矿材料，只能在空穴传输层或电子传输层上旋涂制备钙钛矿层，而无法在空穴传输层或电子传输层上刮涂制备钙钛矿层。

3、因此，开发一种适用于采用刮涂和戊内酯制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的工艺具有一定的市场价值。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，提供一种钙钛矿层的制备工艺，通过对导电基底层加热，在导电基底层的温度为80～120℃时，将戊内酯作为绿色溶剂制备的钙钛矿层前驱液刮涂在空穴传输层或电子传输层上，进而得到钙钛矿层；使得采用戊内酯作为绿色溶剂也能刮涂制备钙钛矿层，进而制备出具有较高能量转换效率的正反置钙钛矿太阳能电池。

2、本发明的目的在于提供一种钙钛矿层的制备工艺，包括如下步骤：

3、将钙钛矿层前驱液刮涂在空穴传输层或电子传输层上，退火，得钙钛矿层；所述空穴传输层或电子传输层设置在80～120℃的导电基底层上；所述钙钛矿层前驱液包括形成钙钛矿层的原料和戊内酯。

4、在本发明一些实施例中，所述戊内酯选自δ-戊内酯、γ-戊内酯中的至少一种。

5、在本发明一些实施例中，所述形成钙钛矿层的原料与所述的戊内酯的用量比为(100～300)mg：1ml，包括但不仅限于100mg：1ml、150mg：1ml、200mg：1ml、250mg：1ml、300mg：1ml。

6、在本发明一些实施例中，所述形成钙钛矿层的原料包括ax原料和bx2原料。

7、在本发明一些实施例中，所述钙钛矿具有abx3结构。

8、在本发明一些实施例中，所述ax源选自ch3nh3x、ch3ch2nh3x、nh2ch＝nh2x中的至少一种。

9、在本发明一些实施例中，所述bx2源选自pbx2、snx2中的至少一种。

10、在本发明一些实施例中，所述x选自cl、br和i中的至少一种。

11、在本发明一些实施例中，所述刮涂的速度为2～10mm/s，刮涂过程中的氮气刀流量为10～30l/min。

12、在本发明一些实施例中，所述退火的温度为80～120℃，时间为5～15min。

13、在本发明一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的厚度为400～700nm，包括但不限于为500nm、530nm、560nm、590nm、620nm、650nm、680nm、710nm、740nm、770nm、800nm。

14、在本发明一些实施例中，所述空穴传输层的材料选自聚乙烯咔唑、聚[[9-(1-辛基壬基)-9h-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]中的至少一种。

15、在本发明一些实施例中，所述空穴传输层的厚度为10～35nm，包括但不限于10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm。

16、在本发明一些实施例中，所述电子传输层的材料选自pc61bm、bcp中的至少一种。

17、在本发明一些实施例中，所述电子传输层的厚度为100～200nm，包括但不限于为100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm、155nm、160nm、165nm、170nm、175nm、180nm、185nm、190nm、195nm、200nm。

18、本发明另一目的在于提供一种绿色混合溶剂，所述绿色混合溶剂由甲基磷酰基乙酸二乙酯和戊内酯组成。

19、在本发明一些实施例中，所述戊内酯选自δ-戊内酯、γ-戊内酯中的至少一种。

20、在本发明一些实施例中，所述甲基磷酰基乙酸二乙酯和戊内酯的质量比为1：10～1：10。

21、本发明再一目的在于提供一种钙钛矿层前驱液，包括形成钙钛矿层的原料和所述的绿色混合溶剂。

22、在本发明一些实施例中，所述形成钙钛矿层的原料包括ax原料和bx2原料。

23、在本发明一些实施例中，所述钙钛矿具有abx3结构。

24、在本发明一些实施例中，所述ax源选自ch3nh3x、ch3ch2nh3x、nh2ch＝nh2x中的至少一种。

25、在本发明一些实施例中，所述bx2源选自pbx2、snx2中的至少一种。

26、在本发明一些实施例中，所述x选自cl、br和i中的至少一种。

27、在本发明一些实施例中，所述ax源与所述bx2源的质量比为(1～3)：1。

28、在本发明一些实施例中，所述形成钙钛矿层的原料与所述的绿色混合溶剂的用量比为(100～300)mg：1ml。

29、本发明再一目的在于提供一种钙钛矿层的制备工艺，包括如下步骤：

30、将所述的钙钛矿层前驱液刮涂在空穴传输层或电子传输层上，退火，得钙钛矿层；所述空穴传输层或电子传输层设置在80～120℃的导电基底层上。

31、在本发明一些实施例中，所述刮涂的速度为2～10mm/s，刮涂过程中的氮气刀流量为10～30l/min。

32、在本发明一些实施例中，所述退火的温度为50～70℃，时间为2～10min。

33、在本发明一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的厚度为400～700nm，包括但不限于为500nm、530nm、560nm、590nm、620nm、650nm、680nm、710nm、740nm、770nm、800nm。

34、在本发明一些实施例中，所述空穴传输层的材料选自聚乙烯咔唑、聚[[9-(1-辛基壬基)-9h-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]中的至少一种。

35、在本发明一些实施例中，所述空穴传输层的厚度为10～35nm，包括但不限于10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm。

36、在本发明一些实施例中，所述电子传输层的材料选自pc61bm、bcp中的至少一种。

37、在本发明一些实施例中，所述电子传输层的厚度为100～200nm，包括但不限于为100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm、155nm、160nm、165nm、170nm、175nm、180nm、185nm、190nm、195nm、200nm。

38、在本发明一些实施例中，所述透明基底层的材料包括但不仅限于透明导电玻璃ito。

39、在本发明一些实施例中，所述透明基底层的方阻为≤80ω。

40、本发明再一目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池，包括所述的钙钛矿层的制备工艺所制备的钙钛矿层。

41、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

42、(1)本发明通过对导电基底层加热，在导电基底层的温度为80～120℃时，将戊内酯作为绿色溶剂制备的钙钛矿层前驱液刮涂在空穴传输层或电子传输层上，进而得到钙钛矿层；使得采用戊内酯作为绿色溶剂也能刮涂制备钙钛矿层，进而制备出具有较高能量转换效率的正反置钙钛矿太阳能电池。

43、(2)本发明通过复配戊内酯和甲基磷酰基乙酸二乙酯作为绿色混合溶剂，可得到稳定性较高的钙钛矿前驱体溶液；使得在制备钙钛矿层时，可在较低温度及较短时间条件下退火，制备出具有较高能量转换效率的正反置钙钛矿太阳能电池。