钙钛矿电池的制备方法及钙钛矿电池与流程

专利2025-03-15  28


本申请涉及新能源转化和新能源电池组件,特别是涉及一种钙钛矿电池的制备方法及钙钛矿电池。


背景技术:

1、金属卤化钙钛矿因其具有出色的可见光吸收能力、较长的载流子扩散长度等优异的光电性能,成为了最有前景的薄膜太阳能电池材料之一。其结构中的空穴传输层(htl)主要作用为阻挡电子,增强空穴传输以及防止钙钛矿活性层与电极直接的接触而引起猝灭。

2、然而,有空穴传输层常用的材料为聚合物,如ptaa,具有覆盖率差、价格昂贵、稳定性差等缺点,从而导致钙钛矿电池的输电效率较差。


技术实现思路

1、基于此,有必要针对钙钛矿电池的输电效率的问题,提供一种钙钛矿电池的制备方法。

2、一种钙钛矿电池的制备方法,包括:

3、配制钙钛矿前驱体溶液,所述钙钛矿前驱体溶液的溶质包括分子式为abx3的材料以及自组装单分子层材料,其中,a为有机阳离子,b为金属阳离子,x为卤素阴离子;

4、将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆在导电基底上形成钙钛矿前驱体层;

5、热退火处理所述钙钛矿前驱体层,令所述钙钛矿前驱体层结晶,形成沿远离所述导电基底的方向依次层叠的第一传输层、p型钙钛矿层和n型钙钛矿层。

6、可选地,所述自组装单分子层材料包括亲水基团,热退火处理所述钙钛矿前驱体层的过程中,所述亲水基团向靠近所述导电基底的方向移动,部分所述自组装单分子层材料移动至所述钙钛矿前驱体层的底部,结晶形成与所述导电基底接触的所述第一传输层。

7、可选地,所述亲水基团包括磷酸基团,所述钙钛矿材料结晶过程中,磷酸基团向所述导电基底的方向移动,所述钙钛矿前驱体层靠近所述导电基底一侧的磷酸基团的含量大于远离所述导电基底一侧的磷酸基团的含量,所述钙钛矿材料在所述第一传输层上结晶形成层叠的所述p型钙钛矿层和所述n型钙钛矿层。

8、可选地,自所述n型钙钛矿层的顶面向所述p型钙钛矿层的底面,磷酸基团的含量逐渐下降。

9、可选地,所述p型钙钛矿层包括依次形成在所述第一传输层上的多个子p型层,沿远离所述导电基底的方向,多个所述子p型层中空穴的含量逐层递增;

10、所述n型钙钛矿层包括依次形成在所述p型钙钛矿层上的多个子n型层,沿远离所述导电基底的方向,多个所述子n型层中电子的含量逐层递增。

11、可选地,所述自组装单分子层材料还包括疏水基团,热退火处理所述钙钛矿前驱体层的过程中,所述疏水基团向远离所述导电基底的方向移动,部分所述自组装单分子层材料移动至在所述钙钛矿前驱体层的顶部,在所述n型钙钛矿层的顶面结晶形成钝化层。

12、可选地,所述配制钙钛矿前驱体溶液,包括:

13、提供卤化碘、无机金属卤化物、有机铵盐以及所述自组装单分子层材料;

14、将所述卤化碘、所述无机金属卤化物、所述有机铵盐以及所述自组装单分子层材料按照预定比例溶解于有机溶剂中,得到所述钙钛矿前驱体溶液;

15、其中,所述自组装单分子层材料包括4padcb、bcb-c4pa、bcbbr-c4pa、dmacpa中的一种或多种。

16、可选地,所述钙钛矿前驱体溶液中所述自组装单分子层材料的浓度为0.1mg/ml~10mg/ml。

17、一种钙钛矿电池,其特征在于,包括任一项的钙钛矿电池的制备方法制作得到。

18、一种光伏组件,其特征在于,包括任一项钙钛矿电池的制备方法制作得到的钙钛矿电池。

19、上述实施例提供的钙钛矿电池的制备方法,通过配制钙钛矿前驱体溶液,所述钙钛矿前驱体溶液的溶质包括分子式为abx3的材料以及自组装单分子层材料,其中,a为有机阳离子,b为金属阳离子,x为卤素阴离子;将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆在导电基底上形成钙钛矿前驱体层;热退火处理所述钙钛矿前驱体层,令所述钙钛矿前驱体层结晶,形成沿远离所述导电基底的方向依次层叠的第一传输层、p型钙钛矿层和n型钙钛矿层。由于自组装单层膜(sams)具有低材料消耗、与柔性衬底兼容、可调带隙、高透光率和绿色环保等多种优点,因此将自组装单层膜材料与钙钛矿制备溶液结合得到的钙钛矿前驱体溶液,在制备钙钛矿层时,sams分子从前驱体溶液中分散到晶界和薄膜表面底部,形成明显的htl,并形成了能级梯度,同时少量sams扩散到钙钛矿膜的顶表面,钝化了表面和晶界处的缺陷,sams分子的去质子化磷酸基团与钙钛矿的多碘化铅之间的核配位配合物既负责机械吸收又负责电子电荷转移,导致钙钛矿膜的p型掺杂。从而使得制备的钙钛矿层的形态均匀、不仅增强了电荷运输能力,抑制非辐射复合,而且有效提升了钙钛矿电池的输电效率。



技术特征:

1.一种钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,所述自组装单分子层材料包括亲水基团,热退火处理所述钙钛矿前驱体层的过程中,所述亲水基团向靠近所述导电基底的方向移动,部分所述自组装单分子层材料移动至所述钙钛矿前驱体层的底部,结晶形成与所述导电基底接触的所述第一传输层。

3.根据权利要求2所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,所述亲水基团包括磷酸基团,所述钙钛矿材料结晶过程中,磷酸基团向所述导电基底的方向移动,所述钙钛矿前驱体层靠近所述导电基底一侧的磷酸基团的含量大于远离所述导电基底一侧的磷酸基团的含量,所述钙钛矿材料在所述第一传输层上结晶形成层叠的所述p型钙钛矿层和所述n型钙钛矿层。

4.根据权利要求3所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,自所述n型钙钛矿层的顶面向所述p型钙钛矿层的底面,磷酸基团的含量逐渐下降。

5.根据权利要求4所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,所述p型钙钛矿层包括依次形成在所述第一传输层上的多个子p型层,沿远离所述导电基底的方向,多个所述子p型层中空穴的含量逐层递增;

6.根据权利要求2所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,所述自组装单分子层材料还包括疏水基团,热退火处理所述钙钛矿前驱体层的过程中,所述疏水基团向远离所述导电基底的方向移动,部分所述自组装单分子层材料移动至在所述钙钛矿前驱体层的顶部,在所述n型钙钛矿层的顶面结晶形成钝化层。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,所述配制钙钛矿前驱体溶液,包括:

8.根据权利要求7所述的钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,所述钙钛矿前驱体溶液中所述自组装单分子层材料的浓度为0.1mg/ml~10mg/ml。

9.一种钙钛矿电池,其特征在于,如权利要求1-8中任一项所述的钙钛矿电池的制备方法制作得到。

10.一种光伏组件,其特征在于,包括如权利要求1-8中任一项所述的钙钛矿电池的制备方法制作得到的钙钛矿电池。


技术总结
本申请涉及一种钙钛矿电池的制备方法。所述方法包括配制钙钛矿前驱体溶液,所述钙钛矿前驱体溶液的溶质包括分子式为ABX<subgt;3</subgt;的材料以及自组装单分子层材料,其中,A为有机阳离子,B为金属阳离子,X为卤素阴离子;将所述钙钛矿前驱体溶液涂覆在导电基底上形成钙钛矿前驱体层;热退火处理所述钙钛矿前驱体层,令所述钙钛矿前驱体层结晶,形成沿远离所述导电基底的方向依次层叠的第一传输层、P型钙钛矿层和N型钙钛矿层。上述钙钛矿电池的制备方法能够有效提升制备的钙钛矿电池的输电效率。

技术研发人员:王俊淦,李睿,余勇,闫循磊,徐影,张昕宇,杨洁,徐孟雷
受保护的技术使用者:晶科能源股份有限公司
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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