一種無機鈍化制備具有高開路電壓的CsPbBr3太陽能電池的方法技術

本發明專利技術提供了無機金屬鹵化物SbX3在提高CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓中的應用；所述X包括F、Cl、Br或I。本發明專利技術還提供了一種無機鈍化制備具有高開路電壓的CsPbBr3太陽能電池的方法。本發明專利技術采用無機的界面修飾材料SbX3對鈣鈦礦內的缺陷進行鈍化，具有無機材料的穩定性，SbX3能彌補表面缺陷態，針對鈣鈦礦中的缺陷進行鈍化，降低缺陷態密度，針對CsPbBr3/碳界面能級進行補償，促進界面載流子提取與傳輸，減少界面能級勢壘，而且與鈣鈦礦強鍵合釋放鈣鈦礦薄膜內的殘余應力，抑制晶格畸變，提高器件穩定性以及光伏性能。提高器件穩定性以及光伏性能。

【技術實現步驟摘要】
一種無機鈍化制備具有高開路電壓的CsPbBr3太陽能電池的方法


[0001]本專利技術屬于無機鈣鈦礦疊層太陽電池
，涉及無機金屬鹵化物SbX3在提高CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓中的應用以及一種利用無機材料鈍化制備CsPbBr3太陽能電池的方法，尤其涉及一種無機鈍化制備具有高開路電壓的CsPbBr3太陽能電池的方法。

技術介紹

[0002]鈣鈦礦太陽能電池(PSC)發展迅速，經過數十年的發展，有機
?
無機雜化鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經提升至了25.8％，可與單晶硅太陽能電池效率相媲美。但是有機
?
無機雜化鈣鈦礦太陽能電池因有機陽離子具有揮發性，因此穩定性較差。而全無機CsPbBr3鈣鈦礦具有良好的熱穩定性，光照下具有較低的離子遷移率，并且具有較高的理論開路電壓(1.98V)，適合應用在光驅動化學反應和疊層太陽能電池之中。但是，寬帶隙的CsPbBr
3 PSC存在較大的開路電壓損失，這主要是由于鈣鈦礦內的缺陷態導致的載流子復合以及界面間能級勢壘阻礙了載流子的提取，從而使得開路電壓損失較大，電池光伏性能較差。
[0003]目前針對鈣鈦礦PSC開路電壓損失較大的問題，通常采用有機界面修飾材料例如有機小分子、聚合物等來鈍化缺陷，改善界面能級，主要是通過有機物的特殊官能團與鈣鈦礦之間相互作用，生成氫鍵等次級鍵，但是這種鍵強較弱，不足以保護鈣鈦礦免受氧氣和水分的侵蝕，穩定性較差。
[0004]因此，如何找到一種更為適宜的方式，解決現有的CsPbBr
3 PSC存在的上述技術問題，已成為業內諸多具有前瞻性的一線研究人員亟待解決的問題之一。

技術實現思路

[0005]有鑒于此，本專利技術要解決的技術問題在于提供無機金屬鹵化物SbX3在提高CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓中的應用以及一種利用無機材料鈍化制備CsPbBr3太陽能電池的方法，特別是一種無機鈍化制備具有高開路電壓的CsPbBr3太陽能電池的方法。本專利技術采用無機的金屬鹵化物SbX3作為界面修飾材料，提高了CsPbBr
3 PSC的穩定性，獲得了具有高開壓的鈣鈦礦太陽能電池。而且制備方法工藝簡單，條件溫和，可控性好，更加適于工業化的推廣和應用。
[0006]本專利技術提供了無機金屬鹵化物SbX3在提高CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓中的應用；
[0007]所述X包括F、Cl、Br或I。
[0008]優選的，所述應用包括SbX3鈍化CsPbBr3鈣鈦礦內的缺陷；
[0009]所述CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池包括CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層以及復合在CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層上的SbX3層；
[0010]所述CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層的厚度為500～600nm。
[0011]優選的，所述鈍化具體為，SbX3作為界面修飾材料，沿晶界和表面化學鈍化CsPbBr3鈣鈦礦；
[0012]所述SbX3層通過化學鍵鍵合在CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層上；
[0013]所述SbX3用于彌補CsPbBr3鈣鈦礦薄膜表面的缺陷態；
[0014]所述SbX3層與CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層的接界處，SbX3摻雜在CsPbBr3晶格中形成Sb
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Br鍵。
[0015]優選的，所述CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池還包括設置在SbX3層上的碳電極層；
[0016]所述SbX3用于降低CsPbBr3與碳之間的界面能級勢壘；
[0017]所述CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池還包括設置在CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層下的電子傳輸層以及設置在電子傳輸層下的導電玻璃；
[0018]所述電子傳輸層包括SnO2電子傳輸層；
[0019]所述導電玻璃包括FTO導電玻璃。
[0020]本專利技術還提供了一種利用無機材料鈍化制備CsPbBr3太陽能電池的方法，包括以下步驟：
[0021]1)制備含有CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的太陽能電池半成品；
[0022]2)在上述步驟得到的太陽能電池半成品的CsPbBr3鈣鈦礦薄膜表面，旋涂SbX3溶液，退火后，得到含有SbX3層的半成品，然后在SbX3層上復合電極后，得到CsPbBr3太陽能電池；
[0023]所述X包括F、Cl、Br或I。
[0024]優選的，所述SbX3溶液的溶劑包括異丙醇、乙醇和甲醇中的一種或多種；
[0025]所述SbX3溶液的濃度為0.1～0.7mg/mL；
[0026]所述電極包括碳電極層。
[0027]優選的，所述退火的方式包括在空氣氛圍下退火；
[0028]所述退火的時間為5～25min；
[0029]所述退火的溫度為100～200℃。
[0030]優選的，所述步驟1)具體包括以下步驟：
[0031]11)在FTO導電玻璃的表面旋涂SnO2溶液后，經過熱處理，得到含有SnO2電子傳輸層的基片；
[0032]12)預熱上述步驟得到的基片和PbBr2有機溶液，然后在基片的SnO2電子傳輸層上旋涂PbBr2有機溶液，再進行退火，形成PbBr2層，然后將CsBr水溶液旋涂在PbBr2層上，進行再次退火后，得到含有CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的太陽能電池半成品。
[0033]優選的，所述熱處理的時間為25～35min；
[0034]所述熱處理的溫度為165～175℃；
[0035]所述PbBr2有機溶液的溶劑包括N,N
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二甲基甲酰胺；
[0036]所述PbBr2有機溶液的濃度為0.95～1.05mol/L；
[0037]所述預熱的溫度為90～100℃；
[0038]所述預熱的時間為8～12min。
[0039]優選的，所述步驟12)中的退火的時間為5～15min；
[0040]所述步驟12)中的退火的溫度為90～100℃；
[0041]所述CsBr水溶液的濃度為0.95～1.05mol/L；
[0042]所述步驟12)中的再次退火的時間為10～20min；
[0043]所述步驟12)中的再次退火的溫度為265～275℃。
[0044]本專利技術提供了無機金屬鹵化物SbX3在提高CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓中的應用；所述X包括F、Cl、Br或I。與現有技術相比，本專利技術創造性的僅將無機金屬鹵化物SbX3用于鈍化CsPbBr3鈣鈦礦層，從而提高了鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓。本專利技術采用無機金屬鹵化物SbX3作為界面修飾材料，沿晶界和表面化學鈍化鈣鈦礦，具有較好的穩定性。而且僅僅是通過簡單旋涂法將SbX3的異丙醇溶液旋涂在鈣鈦礦表面，鈍化缺陷態，降低CsPbBr3/碳界面能級勢壘，促進界面載流子提取，同時SbX3與鈣鈦礦表面強鍵合，改善鈣鈦礦薄膜的殘余應力，提高了CsPbBr
3 PSC的穩定性獲得了高開壓的鈣鈦礦太陽能電池。
[0045]本專利技術本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.無機金屬鹵化物SbX3在提高CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池的開路電壓中的應用；所述X包括F、Cl、Br或I。2.根據權利要求1所述的應用，其特征在于，所述應用包括SbX3鈍化CsPbBr3鈣鈦礦內的缺陷；所述CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池包括CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層以及復合在CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層上的SbX3層；所述CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層的厚度為500～600nm。3.根據權利要求2所述的應用，其特征在于，所述鈍化具體為，SbX3作為界面修飾材料，沿晶界和表面化學鈍化CsPbBr3鈣鈦礦；所述SbX3層通過化學鍵鍵合在CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層上；所述SbX3用于彌補CsPbBr3鈣鈦礦薄膜表面的缺陷態；所述SbX3層與CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層的接界處，SbX3摻雜在CsPbBr3晶格中形成Sb
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Br鍵。4.根據權利要求2所述的應用，其特征在于，所述CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池還包括設置在SbX3層上的碳電極層；所述SbX3用于降低CsPbBr3與碳之間的界面能級勢壘；所述CsPbBr3鈣鈦礦太陽能電池還包括設置在CsPbBr3鈣鈦礦薄膜層下的電子傳輸層以及設置在電子傳輸層下的導電玻璃；所述電子傳輸層包括SnO2電子傳輸層；所述導電玻璃包括FTO導電玻璃。5.一種利用無機材料鈍化制備CsPbBr3太陽能電池的方法，其特征在于，包括以下步驟：1)制備含有CsPbBr3鈣鈦礦薄膜的太陽能電池半成品；2)在上述步驟得到的太陽能電池半成品的CsPbBr3鈣鈦礦薄膜表面，旋涂SbX3溶液，退火后，得到含有SbX3層的半成品，然后在SbX3層上復合電極后，得到CsPbBr3太...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張騰，劉穩穩，劉強，張志偉，楊貴州，劉和元，范建國，王振華，卜凡，王目周，苗陽，邢濤，
申請(專利權)人：中國石油大學華東兗礦水煤漿氣化及煤化工國家工程研究中心有限公司，
類型：發明
國別省市：