钙钛矿电池的制备方法及钙钛矿电池与流程

本发明涉及太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿电池的制备方法，以及一种钙钛矿电池。

背景技术：

1、钙钛矿/晶硅叠层电池作为高效第三代光伏电池技术，其工业化进程广受关注。目前高效钙钛矿/晶硅叠层电池大部分采用旋涂工艺制备钙钛矿以及与其兼容的小绒面晶硅底电池，无法实现商业化大面积制备，并且与商业大绒面(倒金字塔结构深度不小于1μm)晶硅电池不匹配。而采用蒸发法与溶液法相配合制备的钙钛矿层能在较大绒面上实现保形制备，但是由于蒸发工艺制备的薄膜的可调节窗口较小，其底部卤化铅易不完全反应，残留的卤化铅会造成器件效率较低。对此，大部分研究均聚焦在两步法第二部的有机溶液改性来控制钙钛矿的成核和生长，尽量反应掉足够的卤化铅。南京大学谭海仁教授(tan,etal.adv.mater.2023,2207883)采用含有阴离子添加剂的有机盐溶液旋涂在蒸镀的无机铅框架上，调节钙钛矿的结晶过程，以提高钙钛矿的结晶质量。然而，该方法只提升了发生反应的钙钛矿质量，并未针对解决卤化铅完全反应的问题，底部的卤化铅残留虽然在一定程度上能提高器件性能，但对器件稳定性的损害极大。

2、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本领域亟需一种改进的钙钛矿电池的制备方法，用于使有机盐溶液更容易渗透到卤化铅框架的底部，从而将卤化铅完全反应，以提升钙钛矿电池的质量及性能。

技术实现思路

1、以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之前序。

2、为了克服现有技术存在的上述缺陷，本发明提供了一种钙钛矿电池的制备方法及一种钙钛矿电池，通过形成交联非离子低维的卤化铅复合物，用于使有机盐溶液更容易渗透到卤化铅框架的底部，从而将卤化铅完全反应，以提升钙钛矿电池的质量及性能。

3、具体来说，根据本发明的第一方面提供的上述钙钛矿电池的制备方法包括以下步骤：(1)将卤化铅与小分子有机物反应，以得到交联非离子低维的卤化铅复合物。所述小分子有机物具有手性对称或镜面对称的分子结构，且所述小分子有机物的官能团中具有s、p、o或n元素，以与所述卤化铅中的pb元素反应形成离子键；(2)将所述卤化铅复合物蒸镀在绒面基底上，以在所述绒面基底形成卤化铅框架，其中，所述卤化铅框架中具有若干个规律性空隙；以及(3)在所述卤化铅框架上旋涂有机盐溶液，以在所述卤化铅框架上形成钙钛矿吸光层。

4、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述小分子有机物选自二苯基氧化膦化合物、炔丙基铵化合物、多烷基联苯胺化合物、手型二苯烷基胺化合物中的至少一者。

5、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，所述卤化铅在所述卤化铅与所述小分子有机物的混合物中的质量分数为80-90％；和/或所述卤化铅复合物的厚度范围为500-1500nm；和/或所述卤化铅与所述小分子有机物在60-100℃下水浴搅拌加热反应。

6、进一步地，在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，所述卤化铅框架的厚度范围为500-1500nm。所述将所述卤化铅复合物蒸镀在绒面基底上，以在所述绒面基底形成卤化铅框架的步骤包括：将所述卤化铅复合物与所述溴化铯蒸镀，并在60-100℃下预退火1分钟，以将所述卤化铅复合物中的所述小分子有机物挥发，从而在所述绒面基底形成卤化铅框架。所述卤化铅框架中的空隙的直径范围为1-30nm。

7、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述卤化铅选自碘化铅、溴化铅、氯化铅中的至少一者；和/或所述有机盐溶液选自fai、fabr、macl中至少一者的异丙醇混合溶液；和/或所述fai、fabr、macl的浓度为1.5-2.3m。

8、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述钙钛矿吸光层的带隙为1.65-1.75ev，而其厚度范围为500-1500nm。

9、进一步地，在本发明的一些实施例中，制备所述绒面基底的方法包括以下步骤：对n型单晶硅进行清洗；在第一混合溶液中刻蚀所述n型单晶硅的表面，以在所述表面制备多孔结构，并清洗所述表面的金属杂质，以形成多孔的n型单晶硅。所述第一混合溶液为hf、agno3、h2o2及h2o组成的混合溶液，其配比为1:1:1:5；在第二混合溶液中，去除所述多孔的n型单晶硅的表面部分。所述第二混合溶液为hf、hno3及h2o的混合溶液，其配比为1:1:6；以及刻蚀所述多孔硅，以形成预设的第一长度的单晶硅衬底。所述单晶硅衬底的顶面为第一倒金字塔结构。所述单晶硅衬底的底面为第二倒金字塔结构。所述单晶硅衬底的顶面与所述第一倒金字塔结构表面的夹角为60°。所述第一倒金字塔结构的深度为1μm。所述单晶硅衬底的底面与所述第二倒金字塔结构表面的夹角为25°。所述第二倒金字塔结构的深度为1μm。

10、进一步地，在本发明的一些实施例中，制备所述绒面基底的方法还包括以下步骤：在预设的第一温度下，在所述单晶硅衬底的正面和背面，沉积所述第一长度的钝化层。所述钝化层的厚度为5nm；在所述第一温度下，在所述单晶硅衬底正面的钝化层的正面，沉积所述第一长度的硼掺杂层，以构成背面空穴传输层。所述硼掺杂层的厚度为12nm；在所述第一温度下，在所述单晶硅衬底背面的钝化层的背面，沉积所述第一长度的磷掺杂层，以构成正面第一电子传输层。所述磷掺杂层的厚度为6nm；在所述磷掺杂层的背面，沉积所述第一长度的ito透明电极。所述ito透明电极的厚度为110nm，方阻约为120ω/sq；在所述ito透明电极的背面，沉积预设的第二长度的第一银电极。所述第一银电极为栅线状；在所述硼掺杂层的正面，沉积所述第一长度的izo复合层。所述izo复合层的厚度为15nm；以及在所述izo复合层的正面，制备所述第一长度的空穴传输层。所述空穴传输层为[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]磷酸，其厚度范围为1-2nm，所述第一长度大于所述第二长度。

11、进一步地，在本发明的一些实施例中，所述钙钛矿电池的制备方法还包括以下步骤：在所述钙钛矿吸光层的正面，制备所述第一长度的第二电子传输层。所述第二电子传输层为c60的石墨烯层，其厚度为20nm；在所述第二电子传输层的正面，制备所述第一长度的sno2缓冲层。所述sno2缓冲层的厚度为20nm；在所述sno2缓冲层的正面，沉积所述第一长度的izo透明电极。所述izo透明电极的厚度为100nm；在所述izo透明电极的正面，利用掩膜版制备多个第二银电极。所述第二银电极的厚度为400nm；以及在所述izo透明电极的正面，制备所述第一长度的mgfx减反层，以形成钙钛矿电池。所述mgfx减反层的厚度为100nm。

12、此外，根据本发明的第二方面提供的上述钙钛矿电池。所述钙钛矿电池是由本发明的第一方面提供的钙钛矿电池的制备方法所制备。

技术特征：

1.一种钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述小分子有机物选自二苯基氧化膦化合物、炔丙基铵化合物、多烷基联苯胺化合物、二苯烷基胺化合物中的至少一者。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述卤化铅在所述卤化铅与所述小分子有机物的混合物中的质量分数为80-90％；和/或

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述卤化铅框架的厚度范围为500-1500nm，所述将所述卤化铅复合物蒸镀在绒面基底上，以在所述绒面基底形成卤化铅框架的步骤包括：

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤化铅选自碘化铅、溴化铅、氯化铅中的至少一者；和/或

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿吸光层的带隙为1.65-1.75ev，而其厚度范围为500-1500nm。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，制备所述绒面基底的方法包括以下步骤：

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，制备所述绒面基底的方法还包括以下步骤：

9.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：

10.一种钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池是由如权利要求1～9中任一项所述的钙钛矿电池的制备方法所制备。

技术总结
本发明提供了钙钛矿电池的制备方法及钙钛矿电池，所述钙钛矿电池的制备方法包括以下步骤：将卤化铅与小分子有机物反应，以得到交联非离子低维的卤化铅复合物。所述小分子有机物具有手性对称或镜面对称的分子结构，且所述小分子有机物的官能团中具有S、P、O或N元素，以与所述卤化铅中的Pb元素反应形成离子键；将所述卤化铅复合物蒸镀在绒面基底上，以在所述绒面基底形成卤化铅框架。所述卤化铅框架中具有若干个规律性空隙；以及在所述卤化铅框架上旋涂有机盐溶液，以在所述卤化铅框架上形成钙钛矿吸光层。本发明可以用于使有机盐溶液更容易渗透到卤化铅框架的底部，从而将卤化铅完全反应，以提升钙钛矿电池的质量及性能。

技术研发人员：苏兆俊,刘杰,罗文杰,夏锐,姜文辉,张学玲
受保护的技术使用者：天合光能股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23