三醋酸纤维素在钙钛矿太阳能电池中的应用

1.本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及三醋酸纤维素在钙钛矿太阳能电池中的应用。


背景技术：

2.有机无机杂化钙钛矿材料（ch3nh3pbx3）因其较大的吸收系数、可调控的带隙、较高的载流子迁移率、较长的载流子寿命以及低成本的溶液制备工艺等特点，在光电器件领域得到了广泛的关注和应用。基于这类材料制备的薄膜太阳能电池被称为钙钛矿型太阳能电池。高质量钙钛矿薄膜的制备是实现高效稳定钙钛矿太阳能电池的重要基础。由于钙钛矿材料对光、热和湿度的敏感性，提高钙钛矿太阳能电池（pscs）的稳定性和光电转化效率是实现钙钛矿太阳能电池商业化应用必须解决的两个关键问题。同时，由于钙钛矿薄膜的缺陷一般富集在界面和晶界处，并且界面和晶界的存在会影响钙钛矿太阳能电池的稳定性，阻碍载流子传输，制约了太阳能电池的发展。
3.目前，主要通过在钙钛矿薄膜层掺杂钝化剂的方法来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。但是，在钙钛矿薄膜层掺杂其他添加剂会在一定程度上影响薄膜性能，不利于光生载流子的传输，降低载流子的输运能力，从而使得器件的效率降低。因此，亟需一种能够钝化钙钛矿薄膜层的方法，以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。


技术实现要素：

4.针对现有在钙钛矿薄膜层掺杂其他添加剂会在一定程度上影响薄膜性能，不利于光生载流子的传输，降低载流子的输运能力，从而使得器件的光电转化效率降低的问题，本发明提供涉及三醋酸纤维素在钙钛矿太阳能电池中的应用。
5.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：第一方面，本发明提供了三醋酸纤维素作为钝化剂在钙钛矿太阳能电池中的应用。
6.对于现有技术，本发明首次将三醋酸纤维素作为钙钛矿薄膜层的钝化剂，三醋酸纤维素中的c=o与钙钛矿材料中的甲脒阳离子或甲胺阳离子之间存在着强烈的氢键，有利于钝化晶界并降低表面粗糙度；同时，三醋酸纤维素中的o与钙钛矿材料中的阳离子（甲脒阳离子、甲胺阳离子或pb
2+
）进行配位，形成pb-o、ma-o、fa-o键，减少表面的缺陷；且发明人意外发现，经三醋酸纤维素修饰的钙钛矿薄膜层表面，不但不会影响钙钛矿薄膜的电荷传输，反而提高了钙钛矿薄膜的光电响应和载流子迁移，因此，本发明通过在钙钛矿薄膜中加入三醋酸纤维素可显著提高钙钛矿薄膜层所组装的太阳能电池的光电转化效率和稳定性，对于钙钛矿太阳能电池的商业化应用具有十分重要的价值。
7.第二方面，本发明提供了一种钙钛矿薄膜，包括三醋酸纤维素和钙钛矿材料。
8.进一步地，所述三醋酸纤维素的酯化度为60.0%~62.5%。
9.在钙钛矿薄膜中加入三醋酸纤维素，能够得到结构致密、高载流子迁移率和低缺
陷密度的钙钛矿薄膜，同时，还能明显抑制钙钛矿薄膜的非辐射复合，进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。
10.进一步地，所述钙钛矿材料具有abx3型晶体结构，其中，a为有机阳离子，b为正二价金属离子，x为i-、br-或cl-中的一种或多种。
11.优选的，所述a为甲胺阳离子或甲脒阳离子，所述正二价金属离子为ge
2+
、sn
2+
或pb
2+
。
12.更优选的，所述a为甲胺阳离子，所述正二价金属离子为pb
2+
。
13.第三方面，本发明还提供了上述钙钛矿薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤s1，将三醋酸纤维素加入钙钛矿前驱体溶液中，得改性钙钛矿前驱体溶液；其中，所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括二甲基亚砜和1,4-丁内酯；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液置于空穴传输层上，得钙钛矿湿膜；s3，将所述钙钛矿湿膜进行甲苯反溶剂处理，得钙钛矿干膜；将所述钙钛矿干膜进行退火，得所述钙钛矿薄膜。
14.本发明提供的钙钛矿太阳能电池薄膜的制备方法简单，成本低，无需特殊设备，适合大规模生产应用，有利于实现钙钛矿太阳能电池的商业化应用。
15.需要说明的是，采用本领域技术人员熟知的能够形成钙钛矿前驱体溶液薄膜的钙钛矿前驱体溶液即可，本发明对于所述钙钛矿前驱体溶液的配制方法没有特殊限制。
16.进一步地，步骤s1中，所述改性钙钛矿前驱体溶液中三醋酸纤维素的浓度为0.3mg/ml~0.7mg/ml。
17.优选的，步骤s1中，所述改性钙钛矿前驱体溶液中三醋酸纤维素的浓度为0.5mg/ml~0.7mg/ml。
18.优选的三醋酸纤维素的加入量，可有效钝化ma
+
、i-、pb
2+
等离子，减少界面的缺陷，并有效钝化晶界，降低表面粗糙度，从而显著提高钙钛矿薄膜的稳定性和光电转化效率。
19.进一步地，步骤s1中，所述前驱体溶液的溶剂为体积比1:2~4的二甲基亚砜和1,4-丁内酯。
20.三醋酸纤维素在优选的溶剂中溶解度较高，可使三醋酸纤维素与钙钛矿前驱体材料充分接触，充分发挥三醋酸纤维素对钙钛矿层的改性作用，且优选的溶剂还可以提高钙钛矿材料在结晶过程中的晶粒尺寸及尺寸的均匀性，从而得到致密、晶粒尺寸大、晶界和缺陷少的钙钛矿薄膜。
21.示例性的，步骤s1中，钙钛矿前驱体溶液的溶质选自碘化甲胺(mai)、碘化甲脒(fai)、溴化甲胺(mabr)、溴化甲脒(fabr)、氯化甲胺(macl)或氯化甲脒(facl)中的一种或几种，以及gei2、sni2、pbi2、gebr2、snbr2、pbbr2、gecl2、sncl2或pbcl2中的一种或几种。
22.优选的，步骤s1中，所述钙钛矿前驱体溶液的溶质为碘化甲胺和碘化铅。
23.进一步地，结合上述，所述钙钛矿前驱体溶液中碘化甲胺的浓度为159mg/ml~210mg/ml，碘化铅的浓度为461mg/ml~610mg/ml。
24.进一步地，步骤s2中，将所述将改性钙钛矿前驱体溶液置于电子传输层的方式为旋涂、刮涂、涂布或喷涂。
25.进一步地，步骤s3中，所述退火的温度为70℃~130℃，退火的时间为5min~15min。
26.进一步地，步骤s3中，制备得到的钙钛矿薄膜层的厚度为200nm~700nm。
27.第四方面，本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括上述的钙钛矿薄膜或由上述任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜。
28.需要说明的是，钙钛矿太阳能电池包括导电基底、空穴传输层、钙钛矿薄膜层、电子传输层和金属电极层。
29.本发明对所述导电基底的种类和来源没有特殊限制，可采用本领域常规的ito玻璃、fto玻璃、azo玻璃、导电pet等常见透明基底均可。
30.在使用之前，将上述基底依次用去离子水、异丙醇进行超声清洗，清洗完毕后经紫外臭氧处理20min可用于下一步，如制备空穴传输层和钙钛矿薄膜层。
31.可选的，上述空穴传输层采用以下方法制备：将含有乙酰丙酮镍的乙腈和无水乙醇的混合溶液喷涂在洁净的基底上，退火，冷却，得空穴传输层。
32.上述混合溶液中乙酰丙酮镍的浓度为4mg/ml~6mg/ml，乙腈和无水乙醇的体积比为18~20:1；退火的温度为520℃~540℃，退火的时间为30min~50min。
33.可选的，上述电子传输层采用以下方法制备：将pcbm（富勒烯衍生物）的氯苯溶液旋涂在钙钛矿薄膜层，退火，然后旋涂bcp（2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲啰啉）的异丙醇溶液，得到电子传输层。
34.结合上述，pcbm与氯苯的质量体积比为18mg~22mg:1ml；退火的温度为65℃~75℃，退火的时间为8min~12min。
35.结合上述，bcp与异丙醇的质量体积比为3mg~5mg:1ml。
36.可选的，上述金属电极层为金电极或银电极，采用真空蒸镀或真空溅射的方法在上述电子传输层上得到背电极层。
37.进一步地，金属电极层的厚度为100nm。
38.第六方面，本发明还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：提供导电基底；在所述导电基底上形成空穴传输层；利用上述任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法在所述空穴传输层上形成钙钛矿薄膜层；依次在所述钙钛矿薄膜层上形成电子传输层和金属电极，得钙钛矿太阳能电池。
39.示例性的，所述金属电极可为本领域常规的金属电极，如au电极、ag电极等。
40.本发明提供的钙钛矿薄膜的制备方法及钙钛矿薄膜，有效提高了钙钛矿的稳定性，减少了晶界和缺陷，从而可显著提高钙钛矿太阳能电池的效率及稳定性，适合大规模生产应用，有利于实现钙钛矿太阳能电池的商业化应用。
附图说明
41.图1为本发明实施例1制备的钙钛矿薄膜的原子力显微镜扫描的三维图像和粒径分布图；图2为本发明对比例1制备的钙钛矿薄膜的原子力显微镜扫描的三维图像和粒径分布图；图3为本发明实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜未老化和不同时间老化后的x
射线衍射图谱；图4为本发明实施例l和对比例1制备的钙钛矿薄膜在暗态切换为亮态(led照射，λ=405 nm，491 w
·
m-2
)时表面电势分布统计图，其中，图（a）为实施例1，图（b）为对比例1；图5为本发明实施例l和对比例1制备的钙钛矿薄膜的傅里叶红外图谱，其中，图（b）为图（a）的局部放大图；图6为本发明实施例l和对比例1制备的钙钛矿薄膜的空间电荷限制电流曲线；图7为本发明实施例l-5、对比例1-6制备的钙钛矿太阳能电池电流密度-电压图；其中，图7（a）为实施例1-5，图7（b）为对比例1-6。
具体实施方式
42.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
43.为了更好的说明本发明，下面通过实施例做进一步的举例说明。
44.以下实施例中所用三醋酸纤维素的酯化度为60.0%~62.5%。
45.实施例1本发明实施例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比7:3的1,4-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml，三醋酸纤维素的浓度为0.5mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
46.本实施例制备的钙钛矿薄膜的原子力显微镜扫描的三维图像和粒径分布如图1所示，从图中可以看出，本实施例制备的钙钛矿薄膜表面的晶粒尺寸明显增加，晶粒大小为300~400nm。
47.实施例2本发明实施例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比2:1的1,4-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为203.5mg/ml，pbi2的浓度为590.4mg/ml，三醋酸纤维素的浓度为0.3mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于70℃退火15min，得所述钙钛矿薄膜。
48.实施例3本发明实施例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比4:1的1,4-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为208.9mg/ml，pbi2的浓度为609.2mg/ml，三醋酸纤维素的浓度为0.7mg/ml；
步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于100℃退火5min，得所述钙钛矿薄膜。
49.实施例4本发明实施例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比7:2:1的1,4-丁内酯、二甲基亚砜和二甲基乙酰胺的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml，三醋酸纤维素的浓度为0.5mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于100℃退火5min，得所述钙钛矿薄膜。
50.实施例5本发明实施例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比7:3的1,4-丁内酯、二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为159.0mg/ml，pbi2的浓度为461.0mg/ml，三醋酸纤维素的浓度为0.5mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至第一电子传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于100℃退火5min，得所述钙钛矿薄膜。
51.对比例1本对比例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法（不添加三醋酸纤维素）：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺和pbi2加入体积比7:3的1,4-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
52.本对比例制备的钙钛矿薄膜的原子力显微镜扫描的三维图像和粒径分布如图2所示，从图中可以看出，本实施例制备的钙钛矿薄膜表面的晶粒尺寸相比实施例1明显减小。
53.图3为实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的未经老化和不同时间老化后的x射线衍射图谱。从图中可以看出，未经老化的对比例1制备的钙钛矿薄膜无pbi2特征峰的产生，实施例1制备的钙钛矿薄膜在20
±
5 ℃，40
±
10% rh环境中存放7天时，无pbi2特征峰的产生。而对比例1制备的钙钛矿薄膜在20
±
5 ℃，40
±
10% rh环境中存放1天时，就出现了pbi2特征峰，证明在钙钛矿薄膜中添加三醋酸纤维素提高了钙钛矿薄膜的稳定性。
54.图4为本发明实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜在暗态切换为亮态（led照射，λ=405nm，491w
·
m-2
）时接触电势差分布统计图。从图中可以看出，在暗态切换为亮态时，实施例1制备的钙钛矿薄膜接触电势差的增量为141.24mv，而对比例1制备的钙钛矿薄膜表面电势的增量为79.68mv，说，明添加三醋酸纤维素提高了钙钛矿薄膜的光电响应。
55.图5为本发明实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的傅里叶红外光谱图。从图中可以看出，三醋酸纤维素的c=o与mapbi3产生氢键，氢键的作用可以钝化钙钛矿薄膜的缺陷和晶界，提高钙钛矿薄膜的稳定性。
56.图6为本发明实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的空间电荷限制电流曲线。从图中可以看出，添加三醋酸纤维素后钙钛矿薄膜的空穴迁移率为3.69
×
10-3
cm2·
v-1
·
s-1
，未添加cta钙钛矿薄膜的空穴迁移率为1.70
×
10-3
cm2·
v-1
·
s-1
，说明三醋酸纤维素的加入提高了钙钛矿的空穴迁移率。添加三醋酸纤维素后钙钛矿薄膜的缺陷态密度为1.63
×
106cm-3
，未添加cta钙钛矿薄膜的缺陷态密度为1.79
×
106cm-3
，说明三醋酸纤维素的添加降低了钙钛矿薄膜的缺陷密度，从而有利于钙钛矿太阳能电池光电转化效率和稳定性的提高。
57.对比例2本对比例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺和pbi2加入体积比7:3的1,4-丁内酯和二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l三醋酸纤维素的甲苯溶液（三醋酸纤维素的浓度为5mg/ml），于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
58.对比例3本对比例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺和pbi2加入体积比4:1的n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l甲苯反溶剂，于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
59.对比例4本对比例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2加入体积比7:2:1的1,4-丁内酯、二甲基亚砜和二甲基乙酰胺的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加500
µ
l的甲苯反溶剂，于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
60.对比例5本对比例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比7:3的1,4-丁内酯、二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml；
步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余15s时滴加600
µ
l的乙酸乙酯反溶剂，于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
61.对比例6本对比例提供一种钙钛矿薄膜层的制备方法：步骤s1，氮气手套箱中，将碘化甲胺、pbi2和三醋酸纤维素加入体积比7:3的1,4-丁内酯、二甲基亚砜的混合溶液中，70℃搅拌12h，改性钙钛矿前驱体溶液；其中，碘化甲胺的浓度为206.7mg/ml，pbi2的浓度为599.3mg/ml；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液过滤后旋涂至空穴传输层上，旋涂参数为10s，1000rpm，30s，6000rpm，旋涂量为70
µ
l，在剩余25s时滴加300
µ
l的氯苯反溶剂，于100℃退火10min，得所述钙钛矿薄膜。
62.为了更好的说明本发明实施例提供的钙钛矿薄膜层的特性，下面将实施例1~3制备的钙钛矿薄膜层制备钙钛矿太阳能电池，然后进行性能检测。
63.上述钙钛矿太阳能电池的制备方法包括如下步骤：将fto透明导电玻璃依次采用异丙醇、去离子水进行超声清洗，超声清洗的时间为20min，清洗完毕后经紫外臭氧处理20min。
64.空穴传输层的制备：将含有5mg/ml乙酰丙酮的乙腈/无水乙醇（体积比19:1）喷涂在干净的fto基板上，530℃退火40min，自然冷却至180℃，得空穴传输层；分别按照实施例1~3的步骤，在上述空穴传输层上制备钙钛矿薄膜层。
65.电子传输层的制备：氮气手套箱中，将pcbm加入氯苯中，70℃搅拌12h，得到20mg/ml的pcbm溶液；将pcbm溶液过滤，均匀旋涂至上述钙钛矿薄膜层上，70℃退火10min；继续旋涂4mg/ml的bcp溶液，得到电子传输层。
66.在上述电子传输层上真空蒸镀ag电极，背电极层的厚度为100nm，得钙钛矿太阳电池。
67.将上述制备的钙钛矿太阳电池置于太阳光模拟器下以am1.5g、100mw/cm2的标准光照射进行光电转换效率测试，测量偏压为1.20v-0v，电池的有效面积为0.12cm2。测试结果如图7和表1所示。
68.表1
样品/uvp-cty开路电压（voc/v）短路电流（jsc/ma/cm2）填充因子（ff/%）最佳电池转换效率（pce/%）实施例11.0524.3276.6619.64实施例21.0018.3370.4614.66实施例31.0423.0076.2418.69实施例41.0818.5175.4515.07实施例51.0021.7170.7915.32对比例10.9918.6959.3211.01对比例21.0117.4856.3710.00对比例30.8611.4849.464.87对比例41.0517.1161.4711.14对比例51.0215.1430.884.78对比例60.9919.8159.6411.71
从图7中可以看出，采用1,4-丁内酯和二甲基亚砜作为钙钛矿前驱体溶液的溶剂
制备得到的钙钛矿太阳能电池具有最高的光电转化效率14.66%，高于对比例1-4。1,4-丁内酯具有较低的溶解度和弱配位性，其二甲基亚砜协同，可与碘化甲胺形成更稳定的加合物，延缓pbi2和ch3nh3i之间的反应，从而提高钙钛矿材料在结晶过程中的晶粒均匀度，并增大制备的晶粒尺寸，使得制备的钙钛矿太阳能电池的效率更高。
69.综上所述，本发明通过在钙钛矿薄膜层中添加三醋酸纤维素，使钙钛矿层具有优异的相稳定性，同时还提高了光电转化效率，基于此种钝化钙钛矿方法制备的钙钛矿太阳能电池具有高效、稳定且低成本的优点，此类制备技术的开发为钙钛矿太阳能电池的商业化应用提供了一种新的器件制备策略。
70.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.三醋酸纤维素作为钝化剂在钙钛矿太阳能电池中的应用。2.一种钙钛矿薄膜，其特征在于，包括三醋酸纤维素和钙钛矿材料。3.如权利要求2所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述三醋酸纤维素的酯化度为60.0%~62.5%。4.如权利要求2所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述钙钛矿材料具有abx3型晶体结构，其中，a为有机阳离子，b为正二价金属离子，x为i-、br-或cl-中的一种或多种。5.如权利要求4所述的钙钛矿薄膜，其特征在于，所述a为甲胺阳离子或甲脒阳离子，所述正二价金属离子为ge
2+
、sn
2+
或pb
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。6.权利要求2~5任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤s1，将三醋酸纤维素加入钙钛矿前驱体溶液中，得改性钙钛矿前驱体溶液；其中，所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括二甲基亚砜和1,4-丁内酯；步骤s2，将所述改性钙钛矿前驱体溶液置于空穴传输层上，得钙钛矿湿膜；s3，将所述钙钛矿湿膜进行甲苯反溶剂处理，得钙钛矿干膜；将所述钙钛矿干膜进行退火，得所述钙钛矿薄膜。7.如权利要求6所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述改性钙钛矿前驱体溶液中三醋酸纤维素的浓度为0.3mg/ml~0.7mg/ml；和/或步骤s1中，所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂为体积比1:2~4的二甲基亚砜和1,4-丁内酯。8.如权利要求6所述的钙钛矿薄膜的制备方法，其特征在于，步骤s2中，将所述将改性钙钛矿前驱体溶液置于空穴传输层的方式为旋涂、刮涂、涂布或喷涂；和/或步骤s3中，所述退火的温度为70℃~130℃，退火的时间为5min~15min。9.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括权利要求2~5任一项所述的钙钛矿薄膜或由权利要求6~8任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法制备得到的钙钛矿薄膜。10.权利要求9所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：提供导电基底；在所述导电基底上形成空穴传输层；利用6~8任一项所述的钙钛矿薄膜的制备方法在所述空穴传输层上形成钙钛矿薄膜层；依次在所述钙钛矿薄膜层上形成电子传输层和金属电极，得钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体公开三醋酸纤维素在钙钛矿太阳能电池中的应用。本发明首次将三醋酸纤维素作为钙钛矿薄膜层的钝化剂，三醋酸纤维素中的C=O与钙钛矿材料中的甲脒阳离子或甲胺阳离子之间存在着强烈的氢键，有利于钝化晶界并降低表面粗糙度；同时，三醋酸纤维素中的O与钙钛矿材料中的阳离子进行配位，形成Pb-O、MA-O、FA-O键，减少表面的缺陷；且经三醋酸纤维素修饰的钙钛矿薄膜层表面，不但不会影响钙钛矿薄膜的电荷传输，反而提高了钙钛矿薄膜的光电响应和载流子迁移率，因此，钙钛矿薄膜层所组装的太阳能电池的光电转化效率和稳定性显著提高。转化效率和稳定性显著提高。转化效率和稳定性显著提高。


技术研发人员：赵晋津 焦忆楠 刘欢 王烨
受保护的技术使用者：河北师范大学
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/9/14