[发明专利]一种低成本、高效稳定的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及低成本、高效稳定的有机无机杂化甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于光电子材料与器件领域。该发明将200‑500mg/mL PbCO₃浓度溶解至醋酸甲胺溶剂中，利用加热旋涂法将其旋涂至已沉积有SnO₂的ITO基片上，经过退火形成致密均匀且稳定的钙钛矿薄膜，整个过程完全在空气中操作。之后在薄膜上旋涂Spiro‑OMeTAD空穴传输层，再利用真空蒸镀技术蒸镀修饰层MoO₃以及金属电极,完成器件的制备。

技术领域

本发明涉及一种基于低成本、高效稳定的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法，尤其是一种利用离子液体可实现溶解碳酸铅，替代昂贵的碘化铅制备甲胺基钙钛矿太阳能电池，属于光电子材料与技术领域。

背景技术

当天然气、煤炭、石油等不可再生能源频频告急，能源问题日益成为制约国际社会经济发展的瓶颈时，越来越多的国家开始实施“阳光计划”，开发太阳能资源，寻求经济发展的新动能。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源正在逐步取代传统的化石能源。太阳能电池作为利用太阳能的主要途径之一，备受关注。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池从2009年问世以来，在短短的数年间，光电转化效率就从3.8％提升到了25.5％。虽然有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转化效率得到了迅速地发展，但是在其商业化应用的进程里还面临着诸多问题。首先，由于制备过程需在低湿度环境和氮气保护下操作，且制备甲胺铅碘钙钛矿所用的碘化铅价格昂贵，极大地限制了钙钛矿电池的商业化之路。此外，部分可以取代碘化铅的含铅离子的盐都具有难溶性。

相比于碘化铅，碳酸铅价格更便宜，将其作为铅源引入到钙钛矿太阳能电池制备中代替碘化铅，具有更高的商业化价值。本发明研究是在空气中以碳酸铅为铅源制备一种低成本、高效稳定的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，并对钙钛矿薄膜、器件性能的变化及相关机制原理进行探究，通过碳酸铅来制备有机无机杂化的甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池，其性能和稳定性都较好。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对甲胺铅碘钙钛矿中使用的碘化铅价格昂贵，提出一种低成本、高效稳定的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，具体包括以下步骤：

(1)将乙酸和甲胺按照摩尔比1:1混合搅拌制备出醋酸甲胺；

(2)离子液体醋酸甲胺溶解碳酸铅制备前驱体溶液旋涂在电子传输层上得到稳定的钙钛矿薄膜；

(3)用步骤(2)中的钙钛矿薄膜制备钙钛矿太阳能电池，依次包括:ITO导电基板、电子传输层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层、真空蒸镀修饰层和金属电极。

优选的，包括以下步骤：

(1)将乙酸和甲胺按照摩尔比1:1混合搅拌制备出醋酸甲胺；

(2)将碳酸铅按照400mg/mL的浓度溶解在醋酸甲胺溶剂中，配制成钙钛矿前驱体溶液，然后50-100℃搅拌6-12小时；

(3)将电子传输材料旋涂在ITO导电玻璃上；

(4)将配置好的步骤(2)中的前驱体溶液旋涂在有电子传输层的ITO导电基板上，70-120℃退火5-10min，得到稳定的钙钛矿薄膜；

(5)在钙钛矿薄膜层上涂空穴传输层；

(6)在空穴传输层上真空蒸镀修饰层和金属电极。

优选的，所述的步骤(1)乙酸和甲胺在低温0℃下搅拌反应2小时。

优选的，所述的步骤(3)旋涂在透明导电ITO玻璃上的电子传输层是SnO₂，

(1)旋涂条件为4000转旋涂30秒；

(2)旋涂完在150℃退火30分钟。