一种以MgCl2+MgI2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池及其制备方法

一种以mgcl2+mgi2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种以mgcl2+mgi2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池性能优化技术领域。


背景技术：

2.用溶液法制备的钙钛矿薄膜在etl(电子传输层)/pvk(钙钛矿吸收层)界面处存在大量缺陷，且欠配位的pb
2+
和i-空位等浅层缺陷容易影响钙钛矿薄膜的稳定性，而pb反位缺陷等深层缺陷会作为非辐射的重组中心，导致器件电压损失和pce降低。第一，由于有机化合物的官能团可以与etl表面的陷阱态相互作用，并与钙钛矿层结合，因此对etl/pvk进行界面修饰是界面缺陷的有效策略。第二，钙钛矿材料可以通过对a、b、x位离子的调控来完成对带隙和光谱吸收范围的调节，同时又拥有激子结合能低、载流子扩散长等优异的光电特性，但是钙钛矿材料的缺陷也非常明显，这种材料的形成能量低，湿、热稳定性较差，空气中的水汽对钙钛矿层有着强烈的破坏作用。钙钛矿与水反应，导致晶体结构崩溃并形成水合相或不可逆地分解成前驱体成分。所以在钙钛矿层与电子传输层之间添加新界面，可以更好地阻挡电子反向移动，减弱钙钛矿层的破坏作用。
3.界面在薄膜太阳能电池中也起着至关重要的作用，界面缺陷使钙钛矿具有活性并易于分解，从而形成非辐射复合，进而影响器件性能和稳定性。氯化钾(kcl)用于埋底界面是近年来的研究热点，kcl有利于器件的高效稳定。随后的研究还加入了含k
+
的无机盐，利用硫氰酸钾(kscn)钝化钙钛矿层，引入k
+
离子可以降低陷阱密度。kscn中间层能促进能级的排列、缺陷的减少和电荷的提取。另一种利用k
+
进行埋底界面钝化的无机盐是氢氧化钾(koh)，koh取得了优异的埋底钝化效果。结果表明，k
+
和oh-都能与未配位的ti和o实现配位。此外，k
+
能与钙钛矿层发生强烈的相互作用，导致k
+
向钙钛矿层迁移，使tio2层与钙钛矿层紧密连接。目前，虽然钾离子埋底可以连接电子传输层和钙钛矿层，促进电子传输能力，能够提高短路电流，但是对钙钛矿层本体的作用效果不明显，如并未明显提升电压。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种以mgcl2+mgi2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池及其制备方法，能够在提高电池太阳能电池电子传输能力的同时，提高对钙钛矿层本体的作用效果，进一步提高太阳能电池的性能。
5.为解决上述技术问题，本发明型采用的技术方案为：
6.一种太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
7.步骤a，将fto导电玻璃进行预处理，去除其表面有机物后待用；
8.步骤b，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入到无水正丁醇中，摇匀溶解后动态旋涂到预处理后的fto导电玻璃上，进行干燥处理，在fto导电玻璃上面形成致密层薄膜；
9.步骤c，将二氧化钛浆料加入到无水乙醇中配制成溶液，再将配制好的溶液静态旋
涂到致密层薄膜上，进行退火处理，在致密层薄膜上面形成介孔薄膜层；
10.步骤d，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液，将溶解好的溶液旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，在介孔薄膜层上面形成埋底界面层；
11.步骤e，将碘甲脒、碘化铅和氯甲胺溶解于二甲基亚砜和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到埋底界面层上，滴加乙醚反溶剂并退火处理，在埋底界面层上面形成钙钛矿薄膜层；
12.步骤f，在钙钛矿薄膜层上，静态旋涂空穴传输层，并用γ-丁内酯刮蹭出fto电极；
13.步骤g，利用真空蒸镀装置将au沉积于空穴传输层基底上，在空穴传输层上面形成金电极层。
14.步骤a中，将fto导电玻璃进行预处理包括：将fto导电玻璃依次用去离子水、玻璃清洗剂、异丙醇、乙醇和去离子水超声清洗20～30min，然后在110～130℃的烘箱中干燥去除表面的水分，将干燥后的fto导电玻璃用紫外-臭氧装置处理20～30min。
15.步骤b中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛和无水正丁醇的体积比为1:15～1:17，动态旋涂速度为1800～2200rpm。
16.步骤c中，二氧化钛浆料与无水乙醇的质量比为1:7～1:9。
17.步骤d中，mgcl2和mgi2溶解于异丙醇形成溶液的浓度为10～20mmol/l，mgcl2和mgi2的摩尔比为0.8:1到1:0.8，旋涂速度为2800～3200rpm，退火处理温度为120～140℃，退火时间为8～12min。
18.步骤e中，搅拌时间为3～12h，旋涂速度为800～1200rpm，旋涂时间为16～20s在旋涂停止前18～22s滴加乙醚反溶剂，退火温度为130～150℃，退火时间为3～10min。
19.步骤f中，静态旋涂速度为2800～3200rpm，旋涂时间为25～35s。
20.步骤g中，au沉积厚度为75～85nm。
21.一种太阳能电池，由太阳能电池制备方法制备得到。
22.本发明的有益效果：本发明提供一种以mgcl2+mgi2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池及其制备方法，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液，将溶解好的溶液旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，在介孔薄膜层上面形成埋底界面层，其中mgcl2+mgi2由于其与钙钛矿层中pbi2的强相互作用，能够诱导钙钛矿的晶体生长，这将会明显提高太阳能电池性能；mgcl2+mgi2通过配位有效钝化ti和o空位的陷阱态，有利于提高电子传输层薄膜的导电性，加速电子提取；镁离子与tio2产生较强的静电吸引力，影响其在埋藏界面周围的局部电子密度，从而增强电子传输能力。
附图说明
23.图1是本发明制备得到的太阳能电池的结构示意图；
24.图2是本发明制备得到的钙钛矿太阳能电池的瞬态光致发光光谱；
25.图3是本发明制备得到的钙钛矿太阳能电池的稳态光致发光光谱；
26.图4是本发明制备得到的钙钛矿太阳能电池器件实物图。
具体实施方式
27.下面结合附图对本发明作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明
的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
28.具体实施例1
29.本发明公开一种太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
30.步骤一，将fto导电玻璃进行预处理，具体为将fto导电玻璃依次用去离子水、玻璃清洗剂、异丙醇、乙醇和去离子水超声清洗20min，然后在130℃的烘箱中干燥去除表面的水分，将干燥后的fto导电玻璃用紫外-臭氧装置处理20min，去除其表面有机物后待用。
31.步骤二，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入到无水正丁醇中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛和无水正丁醇的体积比为1:17，具体为加入0.1ml二钛酸二异丙脂和1.7ml正丁醇，摇匀溶解后按照旋涂速度1800rpm动态旋涂到预处理后的fto导电玻璃上，进行干燥处理，在fto导电玻璃上面形成致密层薄膜。
32.步骤三，将二氧化钛浆料加入到无水乙醇中配制成溶液，二氧化钛浆料与无水乙醇的质量比为1:9，具体为加入0.1gtio2浆料和0.9g无水乙醇，再将配制好的溶液静态旋涂到致密层薄膜上，进行退火处理，在致密层薄膜上面形成介孔薄膜层。
33.步骤四，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液，mgcl2和mgi2的摩尔比为0.8:1，溶液的浓度为20mmol/l，将溶解好的溶液按照旋涂速度2800rpm旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，退火处理温度为140℃，退火时间为8min，在介孔薄膜层上面形成埋底界面层。
34.步骤五，将碘甲脒、碘化铅和氯甲胺溶解于二甲基亚砜和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，搅拌时间为12h，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到埋底界面层上，旋涂速度为800rpm，旋涂时间为20s，在旋涂停止前18s滴加乙醚反溶剂并进行退火处理，阶梯退火温度为150℃，退火时间为3min，在埋底界面层上面形成钙钛矿薄膜层。
35.步骤六，在钙钛矿薄膜层上，静态旋涂空穴传输层，空穴传输层为spiro-ometad静态旋涂速度为3200rpm，旋涂时间为25s，并用γ-丁内酯刮蹭出fto电极。
36.步骤七，利用真空蒸镀装置将au沉积于空穴传输层基底上，在空穴传输层上面形成金电极层，au沉积厚度为85nm。
37.具体实施例2
38.本发明公开一种太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
39.步骤一，将fto导电玻璃进行预处理，具体为将fto导电玻璃依次用去离子水、玻璃清洗剂、异丙醇、乙醇和去离子水超声清洗30min，然后在110℃的烘箱中干燥去除表面的水分，将干燥后的fto导电玻璃用紫外-臭氧装置处理30min，去除其表面有机物后待用。
40.步骤二，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入到无水正丁醇中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛和无水正丁醇的体积比为1:15，具体为加入0.1ml二钛酸二异丙脂和1.5ml正丁醇，摇匀溶解后按照旋涂速度2200rpm动态旋涂到预处理后的fto导电玻璃上，进行干燥处理，在fto导电玻璃上面形成致密层薄膜。
41.步骤三，将二氧化钛浆料加入到无水乙醇中配制成溶液，二氧化钛浆料与无水乙醇的质量比为1:7，具体为加入0.1gtio2浆料和0.7g无水乙醇，再将配制好的溶液静态旋涂到致密层薄膜上，进行退火处理，在致密层薄膜上面形成介孔薄膜层。
42.步骤四，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液，mgcl2和mgi2的摩尔比为1:0.8，溶液的浓度为10mmol/l，将溶解好的溶液按照旋涂速度3200rpm旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，退火处理温度为120℃，退火时间为12min，在介孔薄膜层上面形成埋底界面
层。
43.步骤五，将碘甲脒、碘化铅和氯甲胺溶解于二甲基亚砜和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，搅拌时间为3h，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到埋底界面层上，旋涂速度为1200rpm，旋涂时间为16s，在旋涂停止前22s滴加乙醚反溶剂并进行退火处理，阶梯退火温度为130℃，退火时间为10min，在埋底界面层上面形成钙钛矿薄膜层。
44.步骤六，在钙钛矿薄膜层上，静态旋涂空穴传输层，空穴传输层为spiro-ometad静态旋涂速度为2800rpm，旋涂时间为35s，并用γ-丁内酯刮蹭出fto电极。
45.步骤七，利用真空蒸镀装置将au沉积于空穴传输层基底上，在空穴传输层上面形成金电极层，au沉积厚度为75nm。
46.具体实施例3
47.本发明公开一种太阳能电池制备方法，包括以下步骤：
48.步骤一，将fto导电玻璃进行预处理，具体为将fto导电玻璃依次用去离子水、玻璃清洗剂、异丙醇、乙醇和去离子水超声清洗25min，然后在120℃的烘箱中干燥去除表面的水分，将干燥后的fto导电玻璃用紫外-臭氧装置处理25min，去除其表面有机物后待用。
49.步骤二，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入到无水正丁醇中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛和无水正丁醇的体积比为1:16，具体为加入0.1ml二钛酸二异丙脂和1.6ml正丁醇，摇匀溶解后按照旋涂速度2000rpm动态旋涂到预处理后的fto导电玻璃上，进行干燥处理，在fto导电玻璃上面形成致密层薄膜。
50.步骤三，将二氧化钛浆料加入到无水乙醇中配制成溶液，二氧化钛浆料与无水乙醇的质量比为1:8，具体为加入0.1gtio2浆料和0.8g无水乙醇，再将配制好的溶液静态旋涂到致密层薄膜上，进行退火处理，在致密层薄膜上面形成介孔薄膜层。
51.步骤四，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液，mgcl2和mgi2的摩尔比为1:1，溶液的浓度为15mmol/l，将溶解好的溶液按照旋涂速度3000rpm旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，退火处理温度为130℃，退火时间为10min，在介孔薄膜层上面形成埋底界面层。
52.步骤五，将碘甲脒、碘化铅和氯甲胺溶解于二甲基亚砜和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，搅拌时间为7h，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到埋底界面层上，旋涂速度为1000rpm，旋涂时间为18s，在旋涂停止前20s滴加乙醚反溶剂并进行退火处理，阶梯退火温度为140℃，退火时间为7min，在埋底界面层上面形成钙钛矿薄膜层。
53.步骤六，在钙钛矿薄膜层上，静态旋涂空穴传输层，空穴传输层为spiro-ometad静态旋涂速度为3000rpm，旋涂时间为30s，并用γ-丁内酯刮蹭出fto电极。
54.步骤七，利用真空蒸镀装置将au沉积于空穴传输层基底上，在空穴传输层上面形成金电极层，au沉积厚度为80nm。
55.具体实施例4
56.本实施例与具体实施例3相同，区别仅在于步骤四中，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液的浓度为10mmol/l。
57.具体实施例5
58.本实施例与具体实施例3相同，区别仅在于步骤四中，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇
中配制成溶液的浓度为20mmol/l。
59.本发明公开一种以mgcl2+mgi2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池，由上述制备方法制备得到，具体结构如图1所示，实物照片如图4所示。对制备得到的钙钛矿太阳能电池进行光谱测试，得到的瞬态光致发光光谱如图2所示，得到的稳态光致发光光谱如图3所示。
60.对照实施例
61.本实施例与具体实施例3相同，区别仅在于省去步骤四，不形成埋底界面层，直接在介孔薄膜层上面形成钙钛矿薄膜层。
62.将本发明具体实施例3到5制备得到的太阳能电池与对照实施例进行对比，具体结果如表1所示，从对比数据可知，本技术通过增加埋底界面层，能够提高太阳能电池的电压(voc)，jsc电流密度(jsc)和填充因子(ff)，同时能量转换效率(pce)也得到明显提高。同时，在mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液的浓度为20mmol/l时(具体实施例3)，太阳能电池性能提高最为明显。
63.另外，本技术采用mgcl2和mgi2的混合物作为埋底界面层，相比单一mgcl2或者mgi2作为埋底界面层，制备得到的太阳能电池性能要更好。
64.表1具体实施例3到5以及对照例制备得到太阳能电池性能数据
65.太阳能电池v
oc
(v)j
sc
(ma/cm2)ff(％)pce(％)对照例1.0124.5674.7518.54具体实施例41.0324.9276.4219.61具体实施例31.0725.8278.1221.58具体实施例51.0425.1977.8820.40
66.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种太阳能电池制备方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤a，将fto导电玻璃进行预处理，去除其表面有机物后待用；步骤b，将二异丙氧基双乙酰丙酮钛加入到无水正丁醇中，摇匀溶解后动态旋涂到预处理后的fto导电玻璃上，进行干燥处理，在fto导电玻璃上面形成致密层薄膜；步骤c，将二氧化钛浆料加入到无水乙醇中配制成溶液，再将配制好的溶液静态旋涂到致密层薄膜上，进行退火处理，在致密层薄膜上面形成介孔薄膜层；步骤d，将mgcl2和mgi2溶解于异丙醇中配制成溶液，将溶解好的溶液旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，在介孔薄膜层上面形成埋底界面层；步骤e，将碘甲脒、碘化铅和氯甲胺溶解于二甲基亚砜和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中，进行搅拌，得到钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂到埋底界面层上，滴加乙醚反溶剂并退火处理，在埋底界面层上面形成钙钛矿薄膜层；步骤f，在钙钛矿薄膜层上，静态旋涂空穴传输层，并用γ-丁内酯刮蹭出fto电极；步骤g，利用真空蒸镀装置将au沉积于空穴传输层基底上，在空穴传输层上面形成金电极层。2.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤a中，将fto导电玻璃进行预处理包括：将fto导电玻璃依次用去离子水、玻璃清洗剂、异丙醇、乙醇和去离子水超声清洗20～30min，然后在110～130℃的烘箱中干燥去除表面的水分，将干燥后的fto导电玻璃用紫外-臭氧装置处理20～30min。3.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤b中，二异丙氧基双乙酰丙酮钛和无水正丁醇的体积比为1:15～1:17，动态旋涂速度为1800～2200rpm。4.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤c中，二氧化钛浆料与无水乙醇的质量比为1:7～1:9。5.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤d中，mgcl2和mgi2溶解于异丙醇形成溶液的浓度为10～20mmol/l，mgcl2和mgi2的摩尔比为0.8:1到1:0.8，旋涂速度为2800～3200rpm，退火处理温度为120～140℃，退火时间为8～12min。6.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤e中，搅拌时间为3～12h，旋涂速度为800～1200rpm，旋涂时间为16～20s在旋涂停止前18～22s滴加乙醚反溶剂，退火温度为130～150℃，退火时间为3～10min。7.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤f中，静态旋涂速度为2800～3200rpm，旋涂时间为25～35s。8.根据权利要求1所述的太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤g中，au沉积厚度为75～85nm。9.一种太阳能电池，其特征在于：由权利要求1到8任一所述太阳能电池制备方法制备得到。

技术总结
本发明公开了一种以MgCl2+MgI2为钙钛矿层埋底材料的太阳能电池制备方法，包括以下步骤：步骤a，将FTO导电玻璃进行预处理；步骤b，在致密层薄膜上面形成介孔薄膜层；步骤d，将MgCl2和MgI2溶解于异丙醇中配制成溶液，将溶解好的溶液旋涂在钙钛矿薄膜上，进行退火处理，在介孔薄膜层上面形成埋底界面层；步骤e，在埋底界面层上面形成钙钛矿薄膜层；步骤f，在钙钛矿薄膜层上，静态旋涂空穴传输层，并用γ-丁内酯刮蹭出FTO电极；步骤g，在空穴传输层上面形成金电极层。本发明还公开基于上述方法制备得到的太阳能电池。本发明提供的一种太阳能电池及其制备方法，能够在提高电池太阳能电池电子传输能力的同时，提高对钙钛矿层本体的作用效果，进一步提高太阳能电池的性能。进一步提高太阳能电池的性能。进一步提高太阳能电池的性能。


技术研发人员：曹晖 张飞 黄俞榕 刘路杰 徐晨鑫
受保护的技术使用者：南京信息工程大学
技术研发日：2023.07.27
技术公布日：2023/9/19