[发明专利]一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法，该钙钛矿太阳电池从上至下依次包括ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层；其中宽带隙钙钛矿吸收层为掺杂噻吩甲脒氯的甲脒铯铅碘溴钙钛矿。本发明提供的钙钛矿太阳电池可有效增加宽带隙钙钛矿薄膜中少数载流子寿命，钝化钙钛矿薄膜体内缺陷，提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压和效率。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及到一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术

在光伏材料领域，宽带隙钙钛矿太阳电池凭借具有较高的吸光系数、长载流子寿命、以及对弱光响应能力高、制备工艺简单等优势，在叠层太阳能光伏发电和光伏建筑一体化领域具有较大应用前景。由于宽带隙钙钛矿结晶性差、体缺陷和界面缺陷密度高，且易发生相分离，导致宽带隙钙钛矿太阳电池的开路电压损失较大。因此制备高质量宽带隙钙钛矿薄膜，降低宽带隙钙钛矿太阳电池的开路电压损失，是发展高效稳定宽带隙和叠层太阳电池的关键所在。

选择合适的添加剂加入宽带隙钙钛矿前驱体溶液中是一种提高宽带隙钙钛矿薄膜质量的有效方法，例如在钙钛矿前驱体溶液中加入添加剂，如硫氰酸铅、硫氰酸甲胺等，可与前驱体溶液产生相互作用以调节晶体生长，增大晶粒尺寸，降低晶界处的缺陷态密度，从而提高器件性能，但开路电压还有待提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法，采用添加剂工程调控钙钛矿结晶和生长过程，降低钙钛矿薄膜缺陷密度，从而获得高质量的钙钛矿薄膜及高开路电压宽带隙钙钛矿太阳电池。可有效增加宽带隙钙钛矿薄膜中少数载流子寿命，钝化钙钛矿薄膜体内缺陷，提高宽带隙钙钛矿电池的开路电压和效率。

为达上述目的，本发明提供了一种掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池，电池自下而上分别为ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层；宽带隙钙钛矿吸收层为掺杂噻吩甲脒氯的甲脒铯铅碘溴钙钛矿，噻吩甲脒氯的掺杂量以摩尔百分比计为0-0.8％，且不为0。

进一步地，宽带隙钙钛矿吸收层通过反溶剂法制备得到，具体包括以下步骤：

(1)将噻吩甲脒氯粉末溶解于二甲基甲酰胺中，得到噻吩甲脒氯溶液，浓度为0.5～1mol/L；将碘化铅、溴化铅、碘甲脒、碘化铯按摩尔比7：3：8：2溶解于混合溶剂中，使总浓度为1-1.5mol/L，搅拌获得钙钛矿前驱体溶液；

(2)将噻吩甲脒氯溶液加入到钙钛矿前驱体溶液中，获得噻吩甲脒氯掺杂的宽带隙FA_0.8Cs_0.2Pb(I_0.8Br_0.2)₃前驱体溶液，其中噻吩甲脒氯所占摩尔比为0-0.8％；

(3)将钙钛矿前驱体溶液旋涂在空穴传输层上，旋涂过程中滴加反溶剂，旋涂结束后将衬底放置在50-70℃的热台上退火2min，随后放置在90-105℃的热台上退火5-10min，制得钙钛矿薄膜。

其中，混合溶剂为二甲基甲酰胺和二甲基亚砜按体积比为3：1-9：1混合的溶剂。

进一步地，步骤(3)中旋涂的转速为3500-4500rpm，旋涂时间为45-75s，其中当旋涂到25-30s时，开始滴加反溶剂，反溶剂为乙醚，所述乙醚的滴加量为500μL。

进一步地，ITO导电玻璃层、空穴传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极层的厚度依次为0.7-1.1mm、5-10nm、300-400nm、20-30nm、20-25nm和100-150nm。

进一步地，掺杂噻吩甲脒氯的高效宽带隙钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：