[发明专利]一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用

说明书

本发明涉及一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用，属于光电子材料与器件领域。该发明将醋酸和甲胺按照1：1.5的化学计量比冰水浴搅拌2小时，在旋转蒸发器上旋蒸至无液滴滴下制备出醋酸甲胺室温熔盐。然后将碘化铅和氯甲胺按照1：1的化学计量比溶解在醋酸甲胺溶液中，配制成钙钛矿前躯体溶液，利用热旋涂技术将前躯体溶液分别旋涂在已经有空穴传输层或电子传输层的ITO导电基板上，经过退火形成致密均匀且高稳定的钙钛矿薄膜，整个过程完全在空气中操作。然后在薄膜上旋涂电子传输层或者空穴传输层，利用真空蒸镀技术蒸镀修饰层以及金属Al电极。

技术领域

本发明涉及一种醋酸甲胺室温熔盐绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用，尤其是一种可使钙钛矿太阳能电池在空气中制备的绿色溶剂，属于光电子材料与技术领域。

背景技术

随着社会的不断发展，能源危机以及传统化石能源带来的环境问题越来越受到人们的重视，拓展环境友好型以及可再生能源迫在眉睫。太阳能作为可再生并且清洁的资源受到人们的关注，其中，发展太阳能电池是利用太阳能的重要途径之一。目前主要广泛应用的是硅基太阳能电池，但是硅基太阳能电池制造成本较高，能耗比较严重，大大限制了硅基太阳能电池的大规模应用。

最新发现，新兴的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池具有宽吸收、制造简单、低成本、可柔性制备的特点迅速受到了世界瞩目，自2009年问世到2017年，短短几年光电转化效率以惊人的速度从3.8％提升到了22.7％，已经可以与硅基电池媲美。然而钙钛矿太阳电池制备过程中需要大量的有毒溶剂，尤其N,N-二甲基酰胺(DMF)、氯苯会污染水源和土壤，因此这些传统溶剂也限制了钙钛矿在空气中的制备。

除此之外，目前钙钛矿太阳能电池制备的工艺主要基于反溶剂法以及两步旋涂法。这大大提高了制备成本，并且不容易控制结晶过程。最重要的是基于当前方法制备的钙钛矿太阳能电池对水氧不稳定，这成为钙钛矿太阳能电池向商业化转化的绊脚石。本发明主要利用醋酸甲氨室温熔盐来降低制备过程中的毒性并且结合一步法成膜技术简化制备工艺以减少制备成本，最后在一定程度上提高了器件的稳定性。

发明内容

本发明解决的技术问题是针对钙钛矿太阳能电池制备过程中使用大量的有毒溶剂的一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：

(1)将醋酸和甲氨按照一定的化学计量比混合搅拌制备出醋酸甲氨；

(2)将碘化铅和氯甲胺按照1：1的摩尔比溶解在醋酸甲胺溶液中，配制成钙钛矿前躯体溶液，然后30-100℃搅拌2小时；

(3)将空穴或者电子传输材料旋涂在透明导电ITO玻璃上；

(4)将配置好的钙钛矿前躯体溶液旋涂在有空穴传输层或电子传输层的ITO导电基板上，100℃退火5min，得到致密、均一的活性层；

(5)在钙钛矿层旋涂电子或空穴传输层；

(6)在电子或空穴传输层上真空蒸镀修饰层和金属电极。

优选的，所述的步骤(1)醋酸和甲胺在冰水浴下搅拌2小时。

优选的，所述的步骤(2)钙钛矿前躯体溶液的浓度为200-600mg/ml。

优选的，所述的钙钛矿太阳能电池为两种结构：反向和正置平面异质结钙钛矿太阳能电池

优选的，所述的步骤(3)旋涂在透明导电ITO玻璃上的空穴传输层是PEDOT：PSS，电子传输层是SnO2。具体步骤如下：

(1)旋涂PEDOT:PSS后，在120℃下退火30min；