钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本申请涉及太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统。

背景技术：

1、目前，卤化物钙钛矿(pvk)光伏(pv)已受到学术界和工业界的广大关注，已经有制作卤化物钙钛矿的多种沉积技术。但是，不同的制造技术均需要广泛的时间窗口来处理、沉积和优化钙钛矿膜以及不同功能缓冲层的界面。因此，所用的钙钛矿油墨需要具有较宽时间的加工窗口，便于应用于不同的制造技术。此外，工业制造中需要具有较好的重现性，合理控制加工窗口的时间有助于提高重现性。

2、钙钛矿前驱体溶液的蒸气压或沸点(b.p.)影响结晶速度或处理窗口的时间。目前，主要有两类钙钛矿前驱体溶液被广泛使用，一类是以高沸点(b.p.)和极性非质子溶剂为基础的系统，但由于该体系后续需要进行热退火或后处理工艺以除去溶剂，溶剂蒸发速度慢，需要较长的时间来干燥钙钛矿薄膜，而且由于不可控的反溶剂处理使薄膜内残留溶剂，导致再现性和均匀性相对较低，由于溶剂挥发不完全会形成中间产物，这些中间产物对基本的器件性能以及后续大面积效率的提升存在着较大阻碍。另一类是以挥发性溶剂为基础的系统，挥发性溶剂在胺分子的帮助下分散钙钛矿中间体，但是由于这类钙钛矿前驱体溶液中溶剂分子的迅速蒸发，结晶迅速，但形成的晶粒尺寸较小，导致钙钛矿薄膜不够致密。

3、因此，目前亟需研究一种钙钛矿前驱体溶液，使之不仅能够解决中间相残留的问题，还能够改善钙钛矿结晶质量与致密性，以便提高钙钛矿太阳电池的性能。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法、光伏组件、光伏系统，以解决或缓解上面提出的技术问题。本申请实施例的钙钛矿前驱体溶液不久可以消除中间相，还可以改善钙钛矿结晶质量与致密性，，提升器件的光电转化效率与稳定性。

2、第一方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿前驱体溶液，包括：钙钛矿材料、第一类溶剂、第二类溶剂；

3、其中，所述第一类溶剂包括二甲基乙醇和亚砜类有机溶剂；

4、所述第二类溶剂包括沸点小于等于95℃的有机溶剂、以及对钙钛矿材料的溶解度大于等于10的有机溶剂；

5、所述钙钛矿材料为abx3结构；所述a为一价阳离子；所述b为二价阳离子，包括铅；所述x为一价阴离子，包括碘。

6、可选的，所述亚砜类有机溶剂包括二苯基亚砜、二甲基亚砜中的一种或两种。

7、可选的，所述二甲基乙醇与所述亚砜类有机溶剂的质量比w1为1:2-2:1。

8、可选的，所述第一类溶剂与所述第二类溶剂的质量比w2为1:6-1:2。

9、可选的，所述钙钛矿前驱体溶液的物质的量浓度c1为0.5-2mol/l。

10、可选的，所述沸点小于等于95℃的有机溶剂包括乙腈；

11、所述对钙钛矿材料的溶解度大于等于10的有机溶剂包括甲胺乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺中的一种或多种。

12、可选的，所述沸点小于等于95℃的有机溶剂与所述对钙钛矿材料的溶解度大于等于10的有机溶剂的质量比w3为1:2-2:1。

13、可选的，所述a包括铯、铷、甲胺基、甲脒基中的一种或几种一价阳离子的混合体；所述b还包括铜、锌、镓、锡、钙中的一种或几种二价阳离子的混合体；所述x还包括溴、氯、氟、硫氰根离子中的一种或几种一价阴离子的混合体。

14、第二方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的基底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层、金属电极；

15、其中，所述钙钛矿吸光层由上述任一项的钙钛矿前驱体溶液形成。

16、第三方面，本申请实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：

17、配制上述任一项的钙钛矿前驱体溶液；

18、提供基底；

19、在所述基底的上表面形成空穴传输层；

20、将所述钙钛矿前驱体溶液置于所述空穴传输层的上表面，形成钙钛矿吸光层；

21、在所述钙钛矿吸光层的上表面形成电子传输层；

22、在所述电子传输层的上表面形成空穴阻挡层；

23、在所述空穴阻挡层的上表面形成金属电极。

24、第四方面，本申请实施例提供了一种光伏组件，包括：至少一个电池串，所述电池串包括至少两个上述的钙钛矿太阳能电池。

25、第五方面，本申请实施例提供了一种光伏系统，包括上述的光伏组件。

26、本申请实施例采用上述技术方案可以包括如下优势：

27、在钙钛矿前驱体溶液中加入两类溶剂，第二类溶剂用于溶解钙钛矿材料并提供易挥发体系，第一类溶剂(二甲基乙醇和亚砜类有机溶剂)能够与铅原子配位，二甲基乙醇(2-me)和亚砜类有机溶剂可以与pbi2中的铅原子配位，共同调节钙钛矿前驱体溶液中溶剂的蒸发速率，使处理窗口调整到合适范围，以便弥补后处理时间窗口的缺失，不需要热退火或后处理工艺，便可去除溶剂残留，而且增大了晶粒的尺寸，改善了钙钛矿结晶质量与致密性，在消除中间相的同时保证薄膜的结晶质量，从而提升了器件的光电转化效率与稳定性。

技术特征：

1.一种钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，包括：钙钛矿材料、第一类溶剂、第二类溶剂；

2.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述亚砜类有机溶剂包括二苯基亚砜、二甲基亚砜中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述二甲基乙醇与所述亚砜类有机溶剂的质量比w1为1:2-2:1。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述第一类溶剂与所述第二类溶剂的质量比w2为1:6-1:2。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液的物质的量浓度c1为0.5-2mol/l。

6.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述沸点小于等于95℃的有机溶剂包括乙腈；

7.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述沸点小于等于95℃的有机溶剂与所述对钙钛矿材料的溶解度大于等于10的有机溶剂的质量比w3为1:2-2:1。

8.根据权利要求1所述的钙钛矿前驱体溶液，其特征在于，所述a包括铯、铷、甲胺基、甲脒基中的一种或几种一价阳离子的混合体；所述b还包括铜、锌、镓、锡、钙中的一种或几种二价阳离子的混合体；所述x还包括溴、氯、氟、硫氰根离子中的一种或几种一价阴离子的混合体。

9.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的基底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层、金属电极；

10.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：

11.一种光伏组件，其特征在于，包括：

12.一种光伏系统，其特征在于，包括如权利要求11所述的光伏组件。

技术总结
本申请实施例提供一种钙钛矿前驱体溶液、钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本申请实施例的钙钛矿前驱体溶液包括：钙钛矿材料、第一类溶剂、第二类溶剂；其中，所述第一类溶剂包括二甲基乙醇和亚砜类有机溶剂；所述第二类溶剂包括沸点小于等于95℃的有机溶剂、以及对钙钛矿材料的溶解度大于等于10的有机溶剂；所述钙钛矿材料为ABX<subgt;3</subgt;结构；所述A为一价阳离子；所述B为二价阳离子，包括铅；所述X为一价阴离子，包括碘。该钙钛矿前驱体溶液不仅消除了中间相，还改善了钙钛矿结晶质量与致密性，提升了器件的光电转化效率与稳定性。

技术研发人员：段晨晖,卢晨星,张学玲,冯志强
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