[发明专利]一种基于含硫氰酸根离子的拟卤化物钙钛矿的太阳能电池

说明书

本申请公开了一种基于含硫氰酸根离子的拟卤化物钙钛矿的太阳能电池，所述电池包括自下至上的基底层、拟卤化物钙钛矿层和碳层；其中，所述拟卤化物钙钛矿层为混合阳离子拟卤化物钙钛矿，其化学组成由以下化学式表达：FA_xK_yPb(SCN)₂I。该太阳能电池通过改良拟卤化物钙钛矿层的材料组分，解决了钙钛矿太阳能电池在高湿度和高温度下性能不稳定等关键技术问题。

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种基于含硫氰酸根离子的拟卤化物钙钛矿的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

卤化钙钛矿太阳能电池(PSC)的能量转换效率(PCE)在过去几年中迅速增加到超过23％。因为PSC的高效率、低成本的制备方法以及易于调控的光电性能，它们成为了下一代光伏器件的有力候选者。尽管钙钛矿太阳能电池在提高效率方面取得了成功，但仍存在着稳定性不佳的严重问题。这主要是由于大多数目前所研究的有机-无机杂化卤化物钙钛矿材料，如甲基三碘化铅(MAPbI₃)和甲脒三碘化铅(FAPbI₃)，对水分和热量的稳定性非常差。这些卤化物钙钛矿材料在潮湿的空气中容易分解，这是钙钛矿太阳能电池未来商业化的主要障碍。在这些卤化物钙钛矿材料中，碘负离子的存在可能对稳定性产生了负面影响。基于SCN^-离子的拟卤化物，具有与碘离子卤化物相似的化学行为和性质。我们发现，用SCN^-拟卤离子代替碘负离子的方法可以得到高稳定性的钙钛矿太阳能电池。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种基于新型的拟卤化物钙钛矿材料、不含空穴导体的钙钛矿太阳能电池，以解决相关技术中的钙钛矿太阳能电池对水分和热量稳定性差的关键问题。

为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种基于拟卤化物钙钛矿材料的太阳能电池，其特征在于，所述电池包括自下至上的基底层、钙钛矿层和碳层；其中，所述钙钛矿层为混合阳离子拟卤化物钙钛矿材料，其化学组成由以下化学式表达：FA_xK_yPb(SCN)₂I。

优选地，钙钛矿层的化学式中x＝(0.97～0.99)，y＝(0.01-0.03)，并且x+y＝1。

优选地，所述基底层包括自下至上的氟掺杂氧化锡(FTO)层、致密TiO₂层和中孔TiO₂层。

根据本申请的另一个方面，提供一种制备基于拟卤化物钙钛矿材料的钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：

1)将Pb(SCN)₂和KI的混合物溶解于前体溶剂中，加热搅拌得到前体溶液；

2)将步骤1)中得到的前体溶液沉积在基底上；

3)将沉积后的基底浸入甲脒碘化物的异丙醇溶液中，得到黑色拟卤化物钙钛矿薄膜；

4)对所述黑色拟卤化物钙钛矿薄膜退火，随后在钙钛矿层上沉积导电碳电极，再进行加热；

5)封装得到的钙钛矿太阳能电池产品。

优选地，所述步骤1)中，Pb(SCN)₂和KI的摩尔比为1：(0.01～0.03)。

优选地，所述步骤1)中，前体溶剂为DMF，加热温度为60～100℃。

优选地，所述步骤2)中，通过旋涂的方式沉积前体溶液，其中，选涂转速为2500～3500rpm，旋涂时间为20～40秒。

优选地，所述步骤4)中的退火在加热板上，空气气氛中进行，优选地，退火温度为200～220℃，退火时间为0.5～1.5分钟。