【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及太陽能電池，具體為一種基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法及電池器件。
技術(shù)介紹
1、鈣鈦礦具有高消光系數(shù)、高載流子遷移率、低激子結(jié)合能以及易溶液法制備等諸多優(yōu)點，目前的正式鈣鈦礦太陽能電池的認證效率已達26.3%，反式電池的認證效率也已經(jīng)超過26.7%。
2、在鈣鈦礦電池器件中，鈣鈦礦薄膜的穩(wěn)定性往往決定整個器件的穩(wěn)定性。目前，所有的鈣鈦礦薄膜都需要經(jīng)過退火步驟，在此過程中，由于鈣鈦礦與襯底之間的熱膨脹系數(shù)不匹配，往往會在鈣鈦礦與襯底之間的埋底界面處產(chǎn)生不利的結(jié)構(gòu)變形和殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力加速了鈣鈦礦薄膜的降解，破壞了器件的穩(wěn)定性，是阻礙鈣鈦礦太陽能電池商業(yè)化的重要因素之一。
3、因此，找尋一種制備工藝簡單、成本低廉的鈣鈦礦埋底界面應(yīng)力釋放工藝，目前仍是實現(xiàn)高效穩(wěn)定鈣鈦礦太陽能電池制備的重要課題之一。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、針對現(xiàn)有技術(shù)中鈣鈦礦電池中因殘余應(yīng)力而影響器件穩(wěn)定性的問題，本專利技術(shù)提供一種基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法及電池器件。
2、本專利技術(shù)是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
3、一種基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，
4、步驟1，清洗?fto玻璃基底，獲取預(yù)處理fto玻璃基底；
5、步驟2，在預(yù)處理fto玻璃基底的表面上旋涂氧化鎳納米顆粒水分散液，之后進行第一次退火處理，獲取具有氧化鎳空穴傳輸層的一次產(chǎn)品；
6、步驟3，將sam粉
7、步驟4，將三苯胺衍生物分子溶液旋涂至二次產(chǎn)品的sam空穴傳輸層的表面，之后進行第三次退火處理，獲得具備界面緩沖層的三次產(chǎn)品；
8、步驟5，將鈣鈦礦前驅(qū)體溶液旋涂至三次產(chǎn)品的界面緩沖層的表面，獲得具有鈣鈦礦光吸收層的四次產(chǎn)品；
9、步驟6，在室溫下，將pcbm氯苯溶液旋涂在四次產(chǎn)品的鈣鈦礦薄膜上，形成具有pcbm電子傳輸層的五次產(chǎn)品；
10、步驟7，在五次產(chǎn)品的pcbm電子傳輸層上制備bcp阻擋層，形成具有bcp阻擋層的六次產(chǎn)品；
11、步驟8，在六次產(chǎn)品的bcp阻擋層上蒸鍍銀電極，獲得鈣鈦礦電池器件。
12、優(yōu)選的，步驟1中，fto玻璃基底采用摻雜氟的sno2透明導(dǎo)電玻璃；清洗時，將fto玻璃基底依次使用丙酮溶液、異丙醇溶液、乙醇溶液和超純水進行超聲清洗，之后吹干，最后進行紫外臭氧處理獲得預(yù)處理fto玻璃基底。
13、優(yōu)選的，步驟2中，氧化鎳納米顆粒水分散液中氧化鎳納米顆粒/水為0.5~1mg/ml，旋涂轉(zhuǎn)速為3000r~5000r/30s，旋涂的厚度為10~40nm；第一次退火處理時，溫度為100~150℃，時間為30~60min。
14、優(yōu)選的，步驟3中，sam異丙醇混合溶液的濃度為0.5-1.5mg/ml，旋涂轉(zhuǎn)速2000r~4000r/30s；第二次退火處理時，溫度為100~150?℃，時間為5~25min。
15、優(yōu)選的，步驟4中，三苯胺衍生物分子溶液的制備為：將三苯胺衍生物分子粉末溶解于氯苯溶液中，制得濃度為0.5-1.5mg/ml的三苯胺衍生物分子溶液；其中，三苯胺衍生物分子的結(jié)構(gòu)式為：
16、
17、第三次退火處理時，溫度為100~150?℃，時間為5~25min。
18、優(yōu)選的，步驟5中，鈣鈦礦前驅(qū)液的制備為：將溶質(zhì)摩爾比為?1:0.98:0.02的pbi2：ch(nh2)2i：csi溶解在dmso：dmf為1:4的混合溶劑中，獲得鈣鈦礦前驅(qū)液；
19、旋涂時，滴加的鈣鈦礦溶液的體積與鈣鈦礦薄膜面積關(guān)系為9.6~11?μl/cm2；
20、鈣鈦礦光吸收層的厚度為700~800nm。
21、優(yōu)選的，步驟6中，旋涂時，滴加的電子傳輸層溶液的體積與鈣鈦礦薄膜面積關(guān)系為8~9.6?μl/cm2。
22、優(yōu)選的，步驟7中，bcp溶液的溶劑為異丙醇，旋涂時，bcp阻擋層的厚度為3~8nm；真空熱蒸鍍時，bcp阻擋層的厚度為5~15nm。
23、優(yōu)選的，步驟8中，采用熱蒸發(fā)法蒸鍍80~100?nm厚的銀電極。
24、一種根據(jù)所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法所獲得鈣鈦礦太陽電池器件，其特征在于，其結(jié)構(gòu)由下到上依次為fto襯底、niox空穴傳輸層、sam空穴傳輸層、界面緩沖層、鈣鈦礦吸收層、pcbm電子傳輸層、bcp阻擋層和銀電極。
25、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下有益效果：
26、本專利技術(shù)一種基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法通過在空穴傳輸層與鈣鈦礦界面處引入多剛性結(jié)構(gòu)的三苯胺衍生物分子（tapc）來減輕倒置鈣鈦礦太陽能電池中埋底界面的應(yīng)力聚集，旨在緩解埋底界面處的應(yīng)力積累，增強空穴提取能力，同時優(yōu)化能級排列。
27、其中，三苯胺衍生物緩沖層被引入到鈣鈦礦層的埋底界面處，具體而言，4,4'-環(huán)己基雙[n,?n?-雙(對苯基苯胺)苯胺](tapc)分子內(nèi)擁有多重剛性結(jié)構(gòu)有效地約束了晶格的膨脹和收縮，同時減少了界面處的應(yīng)力積累。其次具有對稱的分子結(jié)構(gòu)，和獨特的活性位點(c-n)，通過與pb2+的配位，顯著抑制了碘空位缺陷的形成，從而有效地促進了空穴的提取和轉(zhuǎn)移。此外，由于其增強的兼容性，tapc可以很好地調(diào)節(jié)空穴傳輸層和鈣鈦礦之間的能級排列。基于這些優(yōu)勢可以制備出低應(yīng)力、高質(zhì)量的鈣鈦礦薄膜，其特點是減少了電荷轉(zhuǎn)移障礙，抑制了非輻射復(fù)合過程，強調(diào)了埋藏界面殘余應(yīng)力釋放對于實現(xiàn)高效和穩(wěn)定的倒置鈣鈦礦太陽能電池的重要性。
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1.一種基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟1中，F(xiàn)TO玻璃基底采用摻雜氟的SnO2透明導(dǎo)電玻璃；清洗時，將FTO玻璃基底依次使用丙酮溶液、異丙醇溶液、乙醇溶液和超純水進行超聲清洗，之后吹干，最后進行紫外臭氧處理獲得預(yù)處理FTO玻璃基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟2中，氧化鎳納米顆粒水分散液中氧化鎳納米顆粒/水為0.5~1mg/mL，旋涂轉(zhuǎn)速為3000r~5000r/30s，旋涂的厚度為10~40nm；第一次退火處理時，溫度為100~150?℃，時間為30~60min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟3中，SAM異丙醇混合溶液的濃度為0.5-1.5mg/mL，旋涂轉(zhuǎn)速2000r~4000r/30s；第二次退火處理時，溫度為100~150?℃，時間為5~25min。
5.根據(jù)權(quán)利要
6.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟5中，鈣鈦礦前驅(qū)液的制備為：將溶質(zhì)摩爾比為?1:0.98:0.02的PbI2：CH(NH2)2I：CsI溶解在DMSO：DMF為1:4的混合溶劑中，獲得鈣鈦礦前驅(qū)液；
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟6中，旋涂時，滴加的電子傳輸層溶液的體積與鈣鈦礦薄膜面積關(guān)系為8~9.6μL/cm2。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟7中，BCP溶液的溶劑為異丙醇，旋涂時，BCP阻擋層的厚度為3~8nm；真空熱蒸鍍時，BCP阻擋層的厚度為5~15nm。
9.?根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟8中，采用熱蒸發(fā)法蒸鍍80~100?nm厚的銀電極。
10.一種根據(jù)權(quán)利要求1~9任一項所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法所獲得電池器件，其特征在于，該電池器件結(jié)構(gòu)由下到上依次為FTO襯底、NiOx空穴傳輸層、SAM空穴傳輸層、界面緩沖層、鈣鈦礦吸收層、PCBM電子傳輸層、BCP阻擋層和銀電極。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟1中，fto玻璃基底采用摻雜氟的sno2透明導(dǎo)電玻璃；清洗時，將fto玻璃基底依次使用丙酮溶液、異丙醇溶液、乙醇溶液和超純水進行超聲清洗，之后吹干，最后進行紫外臭氧處理獲得預(yù)處理fto玻璃基底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟2中，氧化鎳納米顆粒水分散液中氧化鎳納米顆粒/水為0.5~1mg/ml，旋涂轉(zhuǎn)速為3000r~5000r/30s，旋涂的厚度為10~40nm；第一次退火處理時，溫度為100~150?℃，時間為30~60min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟3中，sam異丙醇混合溶液的濃度為0.5-1.5mg/ml，旋涂轉(zhuǎn)速2000r~4000r/30s；第二次退火處理時，溫度為100~150?℃，時間為5~25min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于埋底界面應(yīng)力釋放制備高效反式鈣鈦礦電池的方法，其特征在于，步驟4中，三苯胺衍生物分子溶液的制備為：將三苯胺衍生物分子粉末溶解于氯苯溶液中，制得濃度為0.5-1.5mg/ml...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：馮江山，宋飛，
申請(專利權(quán))人：陜西師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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