本發(fā)明屬于光電材料與器件，尤其涉及一種fapbi3鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、由于全球人口的迅速增長及經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，人類對于能源的需求日益增加。當(dāng)前的主流能源為化石能源，但這類能源形成周期非常長且不可再生，總會有枯竭的一天。于是人們開始把目光放在一些可再生能源上，太陽能是其中的主要關(guān)注對象。太陽能不僅是地球上最豐富的清潔能源，更被認(rèn)為是最有可能替代傳統(tǒng)化石燃料的能源。

2、對于太陽能的利用，除了廣為人知的直接利用熱輻照的集熱器，還有一種就是太陽能電池。太陽能電池是一種將太陽光轉(zhuǎn)化為電的裝置，晶硅太陽能電池目前在商業(yè)應(yīng)用中占主導(dǎo)地位。但是眾所周知，晶硅太陽能電池的制造過程復(fù)雜，且制造過程中使用到的設(shè)備成本高。因此，開發(fā)晶硅太陽能電池的替代品，成為越來越多科研工作者的目標(biāo)。在眾多種類的太陽能電池中，鈣鈦礦太陽能電池憑借自己卓越的優(yōu)勢脫穎而出。短短十余年的時間，鈣鈦礦太陽能電池的性能突飛猛進(jìn)，光電轉(zhuǎn)化效率從最初的3.9％提高到了25.7％。

3、傳統(tǒng)方法制備的fapbi3薄膜的結(jié)晶性及制備得到的器件的光伏性能和穩(wěn)定性還有一定的進(jìn)步空間。fapbi3薄膜中的高缺陷密度是載流子輸運的捕獲位點，容易通過非輻射復(fù)合造成能量損失，導(dǎo)致器件的效率不高，性能也不夠優(yōu)異。雖然經(jīng)過科研工作者們不斷優(yōu)化制備出來的鈣鈦礦薄膜結(jié)晶性有了進(jìn)一步增強(qiáng)，但是制得的鈣鈦礦薄膜表面仍然凹凸不平，粗糙度較大，結(jié)晶性仍不夠好，不利于后續(xù)功能層沉積以及高性能鈣鈦礦太陽能電池的制備。因此，開發(fā)一種具有較高能量轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽能電池尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種fapbi3鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明通過在鈣鈦礦前驅(qū)體溶液中加入晶界粘合劑甲基丙烯酸羥乙酯來降低鈣鈦礦薄膜的粗糙度，從而制備出具有致密平滑形貌的鈣鈦礦薄膜，基于此鈣鈦礦薄膜制備的鈣鈦礦器件具有更加優(yōu)異的光伏性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、一種fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.提供導(dǎo)電基底；

5、s2.在所述導(dǎo)電基底上制備電子傳輸層；

6、s3.在所述電子傳輸層上制備鈣鈦礦層，所述鈣鈦礦層包括碘化鉛、碘化甲脒和晶界粘合劑甲基丙烯酸羥乙酯；

7、s4.在所述鈣鈦礦層上制備界面修飾層；

8、s5.在所述界面修飾層上制備空穴傳輸層；

9、s6.在所述空穴傳輸層上依次真空蒸鍍金屬插層和金屬電極，得到fapbi3鈣鈦礦太陽能電池。

10、本發(fā)明在鈣鈦礦層中引入晶界粘合劑甲基丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸羥乙酯能在鈣鈦礦薄膜的退火過程中固化，分布在鈣鈦礦晶界處，起到粘合晶界的作用，減少鈣鈦礦薄膜的晶界缺陷，促進(jìn)鈣鈦礦層的載流子遷移率、結(jié)晶度，從而提高器件的光電轉(zhuǎn)化效率。

11、優(yōu)選的，步驟s3中，在所述電子傳輸層上制備鈣鈦礦層的方法，包括：

12、將碘化鉛、碘化甲脒與甲基丙烯酸羥乙酯混合，配制成前驅(qū)體溶液；

13、無水無氧條件下，將所述前驅(qū)體溶液旋涂于電子傳輸層表面，并在旋涂過程中滴加反溶劑乙醚，然后進(jìn)行退火處理，得到所述鈣鈦礦層。

14、優(yōu)選的，所述前驅(qū)體溶液的制備方法，包括：

15、將碘化鉛與碘化甲脒以1:1的摩爾比溶于溶劑中，得到混合溶液；

16、在所述混合溶液中加入甲基丙烯酸羥乙酯，得到所述前驅(qū)體溶液。

17、優(yōu)選的，所述溶劑為n,n-二甲基甲酰胺和二甲亞砜的混合溶劑。

18、優(yōu)選的，所述混合溶液的濃度為1.5mmol/ml，所述甲基丙烯酸羥乙酯的添加量占所述混合溶液體積的10％～50％。

19、優(yōu)選的，所述甲基丙烯酸羥乙酯的添加量占所述混合溶液體積的20％。

20、優(yōu)選的，將所述前驅(qū)體溶液旋涂于電子傳輸層表面的步驟中，所述旋涂的條件為：先以1000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂10s，再以5000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂10s，然后滴加乙醚，繼續(xù)旋涂20s。

21、優(yōu)選的，將所述前驅(qū)體溶液旋涂于電子傳輸層表面的步驟中，所述退火的溫度為100～140℃，退火時間為15～60min。

22、本發(fā)明還提供一種由上述制備方法制備得到的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池。

23、本發(fā)明的第三方面提供一種上述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池在光電領(lǐng)域中的應(yīng)用。

24、本發(fā)明的有益效果是：

25、本發(fā)明通過在鈣鈦礦溶液中加入晶界粘合劑甲基丙烯酸羥乙酯，有助于修復(fù)鈣鈦礦薄膜，使得鈣鈦礦薄膜更加光滑平整，促進(jìn)鈣鈦礦層的載流子遷移率、結(jié)晶度，從而提高器件的光伏性能；并且有利于提高鈣鈦礦薄膜的柔韌性，有望用于制備柔性鈣鈦礦太陽能電池。

26、本發(fā)明通過調(diào)節(jié)晶界粘合劑甲基丙烯酸羥乙酯的加入量，改變鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的濃度，從而調(diào)控鈣鈦礦薄膜的結(jié)晶性和致密性，提高fapbi3鈣鈦礦薄膜的質(zhì)量，同時提高了器件的光伏性能及制備工藝的重復(fù)性。

技術(shù)特征：

1.一種fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，步驟s3中，在所述電子傳輸層上制備鈣鈦礦層的方法，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的制備方法，包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的制備中，所述溶劑為n,n-二甲基甲酰胺和二甲亞砜的混合溶劑。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述前驅(qū)體溶液的制備中，所述混合溶液的濃度為1.5mmol/ml，所述甲基丙烯酸羥乙酯的添加量占所述混合溶液體積的10％～50％。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，所述甲基丙烯酸羥乙酯的添加量占所述混合溶液體積的20％。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，將所述前驅(qū)體溶液旋涂于電子傳輸層表面的步驟中，所述旋涂的條件為：先以1000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂10s，再以5000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂10s，然后滴加乙醚，繼續(xù)旋涂20s。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于，將所述前驅(qū)體溶液旋涂于電子傳輸層表面的步驟中，所述退火的溫度為100～140℃，退火時間為15～60min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制備得到的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的fapbi3鈣鈦礦太陽能電池在光電領(lǐng)域中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種FAPbI<subgt;3</subgt;鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和應(yīng)用。該FAPbI<subgt;3</subgt;鈣鈦礦太陽能電池的制備方法包括：提供導(dǎo)電基底；在導(dǎo)電基底上制備電子傳輸層；在電子傳輸層上制備鈣鈦礦層，鈣鈦礦層包括碘化鉛、碘化甲脒和甲基丙烯酸羥乙酯；在鈣鈦礦層上制備界面層；在界面層上制備空穴傳輸層；在空穴傳輸層上依次真空蒸鍍金屬插層和金屬電極，得到FAPbI<subgt;3</subgt;鈣鈦礦太陽能電池。本發(fā)明通過在鈣鈦礦層中引入晶界粘合劑甲基丙烯酸羥乙酯，甲基丙烯酸羥乙酯能在鈣鈦礦薄膜的退火過程中固化，分布在鈣鈦礦晶界處，起到粘合晶界的作用，減少鈣鈦礦薄膜的晶界缺陷，促進(jìn)鈣鈦礦層的載流子遷移率、結(jié)晶度，從而提高器件的光電轉(zhuǎn)化效率。

技術(shù)研發(fā)人員：陳永華,張輝,張夢茹,黃維
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19