本發(fā)明屬于鈣鈦礦材料與器件，具體涉及一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池及制備方法。

背景技術(shù)：

1、反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池兼具光電轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好、制備成本低、遲滯效應(yīng)低等優(yōu)勢(shì)，受到產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界廣泛關(guān)注。今年來(lái)，自組裝有機(jī)空穴傳輸材料的發(fā)展，推動(dòng)單結(jié)反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池效率實(shí)現(xiàn)巨大突破，從2013年的3.9％提升至2024年的26.9％(認(rèn)證效率26.1％)，且其實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行穩(wěn)定性已突破數(shù)萬(wàn)小時(shí)。反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，已逐步引領(lǐng)高效穩(wěn)定鈣鈦礦光伏領(lǐng)域發(fā)展，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。

2、高效穩(wěn)定反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池的開發(fā)也面臨諸多挑戰(zhàn)，存在一定的問(wèn)題：(1)基于自組裝有機(jī)空穴傳輸材料的反式鈣鈦礦電池在制備時(shí)，容易因磷酸之間易發(fā)生分子間的脫水反應(yīng)，發(fā)生分子間不同程度的聚合反應(yīng)，導(dǎo)致自組裝有機(jī)空穴傳輸材料鍵合導(dǎo)電基底的能力嚴(yán)重降低，電池器件效率的再現(xiàn)性降低；(2)自組裝有機(jī)空穴傳輸材料在導(dǎo)電基底上自組裝后，其表面甲基、甲氧基、鹵素基、苯基等基團(tuán)的極性較小，不利于大極性鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在其表面的鋪展，不利于鈣鈦礦薄膜成核結(jié)晶和生長(zhǎng)，導(dǎo)致鈣鈦礦薄膜質(zhì)量較低、鈣鈦礦與空穴傳輸層之間的界面應(yīng)力增大；(3)有機(jī)自組裝空穴傳輸層的頂端甲基、甲氧基、鹵素基、苯基等基團(tuán)與鈣鈦礦埋底表面之間的相互作用較弱，不利于誘導(dǎo)鈣鈦礦定向結(jié)晶成核生長(zhǎng)，更不利于鈣鈦礦層與電荷傳輸層之間界面缺陷的鈍化和界面應(yīng)力的釋放，上述問(wèn)題的存在嚴(yán)重制約反式鈣鈦礦電池性能的進(jìn)一步提升。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池及制備方法。以解決現(xiàn)有基于自組裝有機(jī)空穴傳輸技術(shù)制備反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池存在的自組裝層表面極性大、鈣鈦礦鋪展性差、界面缺陷密度高以及界面應(yīng)力無(wú)法有效釋放等問(wèn)題。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

3、一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟1，預(yù)處理fto玻璃；

5、步驟2，在fto玻璃上制備niox層，在niox層上制備me-4pacz層；

6、步驟3，在me-4pacz層上旋涂0.5-2mg/ml的biocl修飾層溶液，退火后制得biocl修飾層；

7、步驟4，在biocl修飾層上旋涂fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦前驅(qū)體溶液，退火后制得鈣鈦礦吸光層；

8、步驟5，在鈣鈦礦吸光層上制備pdai2鈍化層；

9、步驟6，在pdai2鈍化層上制備c60電子傳輸層；

10、步驟7，在c60電子傳輸層上制備bcp空穴阻擋層；

11、步驟8，在bcp空穴阻擋層，制得包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池。

12、本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

13、優(yōu)選的，步驟2中，在fto玻璃上旋涂濃度為10mg/ml的niox分散液，退火后制得niox層。

14、優(yōu)選的，步驟3中，biocl修飾層溶液的制備過(guò)程為將biocl固體粉末分散于無(wú)水乙醇中，冰水浴后超聲備用。

15、優(yōu)選的，驟3中，biocl修飾層溶液的旋涂速度為5000rpm，旋涂時(shí)間為30s；退火溫度為100℃，退火時(shí)間為10min。

16、優(yōu)選的，步驟4中，fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的濃度為1m；鈣鈦礦fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的旋涂過(guò)程分為兩個(gè)階段；第一階段，轉(zhuǎn)速為1000rpm，時(shí)間為8s；第二階段：轉(zhuǎn)速為4000rpm，時(shí)間為25s。

17、優(yōu)選的，步驟4中，退火溫度為110℃，退火時(shí)間為20min。

18、優(yōu)選的，步驟5中，pdai2鈍化層的制備過(guò)程為：將濃度為1mg/ml的pdai2溶液旋涂在鈣鈦礦吸光層上，制得pdai2鈍化層。

19、優(yōu)選的，步驟6中，c60電子傳輸層的制備過(guò)程為：在pdai2鈍化層上蒸鍍c60，制得c60電子傳輸層。

20、優(yōu)選的，步驟7中，bcp空穴阻擋層的制備過(guò)程為：在c60電子傳輸層上蒸鍍bcp，獲得bcp空穴阻擋層。

21、優(yōu)選的，包括從一側(cè)到另一側(cè)的fto玻璃、niox層、me-4pacz層、biocl修飾層、fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦吸光層、pdai2鈍化層、c60電子傳輸層、bcp空穴阻擋層和ag層。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

23、本發(fā)明公開了一種人工合成氯鉍礦埋底界面材料及高開壓反式鈣鈦礦電池和制備方法，氯鉍礦(bismoclite,biocl)作為一種天然存在的礦物材料，其特殊的元素組成以及特定結(jié)構(gòu)，首次被用于反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的鈣鈦礦/有機(jī)空穴傳輸層界面修飾。在niox/sam空穴傳輸層表面時(shí)，biocl結(jié)構(gòu)中(bi2o2)2+具有的類鈣鈦礦堆疊特性及[001]高活化能晶面，誘導(dǎo)鈣鈦礦層取向生長(zhǎng)，獲得擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜，經(jīng)biocl修飾后的空穴傳輸層，因?yàn)閎iocl本身具有的偏n型特性，在和空穴傳輸層進(jìn)行結(jié)合時(shí)，增加了整體空穴傳輸層內(nèi)部的載流子濃度，從而空穴傳輸層的能帶位置被提高，進(jìn)而使得其表面導(dǎo)帶與費(fèi)米能級(jí)明顯提高，與鈣鈦礦活性層能級(jí)適配度更高，降低了電荷傳輸勢(shì)壘，有效減少了載流子的非輻射復(fù)合。上述兩種作用相互協(xié)同，實(shí)現(xiàn)效率接近26％的反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池，電池展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟2中，在fto玻璃上旋涂濃度為10mg/ml的niox分散液，退火后制得niox層。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟3中，biocl修飾層溶液的制備過(guò)程為將biocl固體粉末分散于無(wú)水乙醇中，冰水浴后超聲備用。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟3中，biocl修飾層溶液的旋涂速度為5000rpm，旋涂時(shí)間為30s；退火溫度為100℃，退火時(shí)間為10min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟4中，fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的濃度為1m；鈣鈦礦fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦前驅(qū)體溶液的旋涂過(guò)程分為兩個(gè)階段；第一階段，轉(zhuǎn)速為1000rpm，時(shí)間為8s；第二階段：轉(zhuǎn)速為4000rpm，時(shí)間為25s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟4中，退火溫度為110℃，退火時(shí)間為20min。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟5中，pdai2鈍化層的制備過(guò)程為：將濃度為1mg/ml的pdai2溶液旋涂在鈣鈦礦吸光層上，制得pdai2鈍化層。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟6中，c60電子傳輸層的制備過(guò)程為：在pdai2鈍化層上蒸鍍c60，制得c60電子傳輸層。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，步驟7中，bcp空穴阻擋層的制備過(guò)程為：在c60電子傳輸層上蒸鍍bcp，獲得bcp空穴阻擋層。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池的制備方法，其特征在于，包括從一側(cè)到另一側(cè)的fto玻璃、niox層、me-4pacz層、biocl修飾層、fa0.9cs0.1pbi3鈣鈦礦吸光層、pdai2鈍化層、c60電子傳輸層、bcp空穴阻擋層和ag層。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種包含氯鉍礦的高開壓反式鈣鈦礦電池及制備方法，屬于反式鈣鈦礦技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明首次在反式鈣鈦礦太陽(yáng)能電池中的鈣鈦礦和有機(jī)空穴傳輸層界面修飾之間引入氯鉍礦，BiOCl結(jié)構(gòu)中(Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;)<supgt;2+</supgt;具有的類鈣鈦礦堆疊特性及[001]高活化能晶面，誘導(dǎo)鈣鈦礦層取向生長(zhǎng)，獲得擇優(yōu)取向生長(zhǎng)的高質(zhì)量鈣鈦礦薄膜。經(jīng)BiOCl修飾后的空穴傳輸層，其表面導(dǎo)帶與費(fèi)米能級(jí)明顯提高，與鈣鈦礦活性層能級(jí)適配度更高，降低了電荷傳輸勢(shì)壘，有效減少了載流子的非輻射復(fù)合。上述兩種作用相互協(xié)同，實(shí)現(xiàn)效率接近26％的反式鈣鈦礦太陽(yáng)電池，電池展現(xiàn)出優(yōu)異的運(yùn)行穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：段玉偉,解壯,程明輝,彭強(qiáng)
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10