[发明专利]一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件

说明书

本申请属于钙钛矿太阳能电池技术领域，本申请提供了一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件，制备方法包括：S1、配置得到钙钛矿溶液，溶质包括前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶、N型或P型纳米导电粒子；S2、将得到的钙钛矿溶液湿法成膜，然后进行退火处理，退火温度为100‑150℃，时间为10‑30min，形成钙钛矿结晶层，其厚度为100‑300nm，且晶界处具有通道；S3、在得到的钙钛矿结晶层的表面形成用于防止电荷复合的阻隔层，制备得到钙钛矿材料层。本发明方法中，在晶界处形成一个N型或P型的电荷传输通道，有利于提高电荷传输的提取和传输，进而提高其应用的电池器件效率。

技术领域

本申请属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件。

背景技术

目前，钙钛矿太阳能电池（PSC）是备受关注的太阳能电池之一。通常情况下，钙钛矿太阳能电池主要由FTO导电玻璃、电子传输层、钙钛矿材料吸收层、空穴传输层和金属电极组成。这种光电效应太阳能电池的工作原理是：在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对，然后，未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。

其中，钙钛矿晶体为ABX₃，一般为立方体或八面体结构，A通常是有机阳离子，B为金属阳离子，主要有铅、铯，X为I、Br等卤族阴离子。电子传输层的材料为C60、SnO₂、TiO₂等，空穴传输层的材料主要为PTAA、Spiro，金属电极包括Cu、Al、Au、Ag等。

目前，钙钛矿材料层的制备主要通过喷涂或旋涂钙钛矿前驱液的方式进行。但是，钙钛矿成膜过程中，晶界电子复合较强，传输较差，影响电池器件性能。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件，应用本发明制备的钙钛矿材料层，能够提高电池器件效率。

本申请提供一种钙钛矿材料层的制备方法，包括以下步骤：

S1、由溶质、溶剂配置得到钙钛矿溶液，所述溶质包括前驱体材料或其制备的钙钛矿单晶、N型或P型纳米导电粒子；所述前驱体材料包括PbI₂、PbBr₂、CsI或CsBr；所述N型纳米导电粒子为富勒烯、SnO₂、TiO₂或ZnO的纳米粒子；所述P型纳米导电粒子为NiO_x、Cu₂O、CuI或CuSCN的纳米粒子；

S2、将步骤S1得到的钙钛矿溶液湿法成膜，然后进行退火处理，退火温度为100-150℃，时间为10-30min，形成钙钛矿结晶层，其厚度为100-300nm，且晶界处具有通道；

S3、在步骤S2得到的钙钛矿结晶层表面形成用于防止电荷复合的阻隔层，制备得到钙钛矿材料层。

在本发明的实施例中，步骤S1中，所述溶剂包括N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N,N-二甲基丙烯基脲、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙二醇甲醚、乙腈和γ-丁内酯中的一种或几种。

在本发明的实施例中，步骤S1中，所述N型或P型纳米导电粒子是钙钛矿溶液中钙钛矿摩尔浓度的0.01~5%。

在本发明的实施例中，步骤S1中，所述前驱体材料还包括添加剂FAI、MAI、MACl和MABr中的一种或几种。

在本发明的实施例中，步骤S2中，所述湿法成膜通过狭缝涂布、刮涂、旋涂或喷涂的方式实现。

在本发明的实施例中，步骤S3中，所述阻隔层可以由钙钛矿前驱体材料通过共蒸法形成，厚度为50-200nm；所述钙钛矿前驱体材料包括PbI₂、PbBr₂、CsI或CsBr。