[发明专利]一种通过引入碱金属离子在潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

技术领域

本发明涉及性能稳定、高效率钙钛矿太阳能电池的制备、应用领域，特别是涉及一种通过引入碱金属离子来调控电池的效率与稳定性，在潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法及应用。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转换效率而倍受关注。当前，经过美国NREL认证的钙钛矿电池最高转换效率已经超过22％。但是，CH₃NH₃PbX₃(卤素)钙钛矿层在潮湿空气中的稳定性差，需要在湿度低的惰性气体环境制备，而惰性气体手套箱组价格昂贵。而如果能直接在潮湿的空气中制备钙钛矿太阳能电池，不仅可以降低电池的成本，而且制备过程中操作方便。

硫氰根(SCN)是一种性能稳定的类卤素离子，离子半径与I^-相近，化学特性与卤素离子相似，而且SCN-Pb作用比I-Pb作用更强，故CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_x结构更稳定(Q.Jiang,D.Rebollar,J.Gong,E.L.Piacentino,C.Zheng,T.Xu,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,7617)，在高温烧结制备的TiO₂多孔膜上，首次制备了效率达到8.1％的CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_x基钙钛矿太阳能电池。有课题组采用SCN部分取代CH₃NH₃PbI₃分子中的I，发现直接在潮湿空气中，采用500℃高温烧结的多孔TiO₂膜可制备效率达到15.1％的钙钛矿电池(Q.Tai,P.You,H.Sang,Z.Liu,C.Hu,H.L.W.Chan,F.Yan,Nat.Commun.,2016,7,11105)，而且制备的电池稳定性与CH₃NH₃PbI₃电池相比有提高。该项研究发现，与纯卤素基的CH₃NH₃PbX₃电池相比，CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_x基钙钛矿电池的稳定性有所提高，而且可直接在空气中制备，简化工艺。但是，当前该体系报道的最高光电转换效率仅为15.1％，与纯卤素基的钙钛矿电池的22％相比还有差距，有待进一步提高。同时其制备过程需要经过500℃的高温烧结形成多孔TiO₂膜，制备工艺较为复杂。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种通过引入碱金属离子在潮湿空气中制备高效率平面钙钛矿太阳能电池的方法，其制备工艺简单，且有效提高了制得的钛矿太阳能电池的效率和稳定性。

一种通过引入碱金属离子在潮湿空气中制备高效率CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_x基平面钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：

S1：水解四氯化钛溶液，得到TiO₂胶体；

S2：在清洁的FTO导电玻璃上沉积TiO₂胶体制备TiO₂致密层；

S3：配制浓度为0.3～0.6g/ml的Pb(SCN)₂的甲基亚砜溶液，然后在该溶液中添加碱金属盐，碱金属盐的添加量与Pb(SCN)₂的质量比为0.5～3.5％；

S4：在步骤S2所制得的样品上旋涂步骤S3配制的溶液，在80-95℃下热处理后得到Pb(SCN)₂膜；

S5：在Pb(SCN)₂膜上，以3000～5000r/min旋涂10mg/ml碘甲胺的异丙醇溶液；重复旋涂6次后，在75-85℃下热处理15-25min所制得的薄膜，得到CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_x钙钛矿层；

S6：在步骤S5制得的CH₃NH₃PbI_3-x(SCN)_x钙钛矿层上制备空穴传导层；