一种利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法与流程

1.本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法。


背景技术：

2.有机无机杂化钙钛矿太阳能电池除了在器件效率上取得巨大进步外，另外一个引起大家关注的是钙钛矿太阳能电池的半透明性。钙钛矿薄膜的透明度是整个半透明钙钛矿太阳能电池的关键，常用的提高钙钛矿透明度的方法是减少器件中钙钛矿层的厚度，但钙钛矿层厚度的减少必然会影响钙钛矿薄膜的特性，特别是减少光生载流子的产生，减弱器件的短路电流，进而影响整个半透明器件的光电性能。
3.为了使其钙钛矿薄膜更加适合应用于半透明钙钛矿太阳能电池，目前主要通过以下三种方式制备超薄钙钛矿薄膜。第一种方式是通过降低钙钛矿前驱体溶液的溶度或者采用共蒸的方法，第二种方式是采用微观结构的钙钛矿薄膜来补偿厚度薄的钙钛矿薄膜吸光少的情况，第三种方式和第二种方式相类似，通过制备有序纳米结构的钙钛矿薄膜改善半透明器件中钙钛矿薄膜的特性。上述第二种和第三种制备超薄钙钛矿薄膜的方式，需制备无序或有序的微观或纳米结构，制备过程一般较为复杂，部分需采用模板，增加钙钛矿制备的成本，不适合大面积生产。第一种方法较为简单，但基于超薄钙钛矿薄膜的器件效率较低，用简单的方法提高钙钛矿活性层的载流子数目是本发明研究的内容。


技术实现要素：

4.发明目的：为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法。
5.技术方案：一种利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法，其特征在于：利用电荷转移效应增加的载流子数目，增加的载流子数目比复合的载流子数目多，电荷转移效应发生在酞菁铜和钙钛矿材料之间，将器件的短路电流提高；其中，发生电荷转移的复合薄膜是通过掺杂和旋涂方法制备的，具体地，酞菁铜钙钛矿复合薄膜的制备如下：
6.步骤一、将酞菁铜以1-5mg/ml溶解在二甲基亚砜中；
7.步骤二、混合酞菁铜溶液和钙钛矿层ch3nh3pbi3的前驱体溶液，即碘钾胺和碘化铅以1:1的质量比溶解在γ-丁内酯和二甲基亚砜混合溶液中，体积比为7:3，质量分数为30wt％，混合的酞菁铜体积比为5％-20％；
8.步骤三、将混合的钙钛矿溶液旋涂在基底上，在110℃下，用10分钟退火结晶，得到酞菁铜钙钛矿复合薄膜。
9.作为优化：所述的器件的结构为：ito/pedot:pss/ch3nh3pbi3有或没有酞菁铜材料/pc
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bm/ag。
10.作为优化：掺杂酞菁铜后，器件的短路电流从15.41ma/cm2提高为17.48ma/cm2、填充因子从71％提高为77％，得到器件的效率从10.2％提高到12.7％，基于酞菁铜的复合钙钛矿太阳能电池性能得到了很大的提高。
11.有益效果：本发明提出利用酞菁铜与有机无机杂化钙钛矿材料之间的电荷转移效应提高复合薄膜中载流子数目。本发明在不改变钙钛矿薄膜厚度的情况下，提高薄膜中载流子数目；发生电荷转移的复合薄膜是通过掺杂和旋涂方法制备的，和纳米结构钙钛矿薄膜增加载流子方法相比，简化器件制备过程，节约成本；同时在钙钛矿光电子器件中，电荷转移主要应用于研究钙钛矿光活性层和界面层之间的载流子输运和提取情况，而本发明利用电荷转移效应提高钙钛矿薄膜中载流子数目。
附图说明
12.图1是本发明的基于酞菁铜和钙钛矿电荷转移效应太阳能电池的电流、电压曲线图。
具体实施方式
13.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域的技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.实施例
15.为了改善背景技术中的第一种方式中的钙钛矿薄膜的光吸收率、平衡光活性层中载流子数目，本发明采用旋涂的方法制备超薄钙钛矿太阳能电池，以钙钛矿材料自身为出发点，利用掺杂钙钛矿材料的电荷转移改善超薄钙钛矿薄膜的特性，增加钙钛矿活性层的载流子数目。
16.表1基于酞菁铜和钙钛矿电荷转移效应太阳能电池的具体参数表
[0017][0018]
基于酞菁铜和钙钛矿之间的电荷转移效应制备了整个器件，器件的结构为：ito/pedot:pss/ch3nh3pbi3有或没有酞菁铜材料/pc
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bm/ag，器件的电流电压曲线如图1所示，器件的具体参数如表1所示，从图1和表1中可以看到，掺杂酞菁铜后，器件的短路电流从15.41ma/cm2提高为17.48ma/cm2、填充因子从71％提高为77％，得到器件的效率从10.2％提高到12.7％，基于酞菁铜的复合钙钛矿太阳能电池性能得到了很大的提高。
[0019]
其中，制备酞菁铜钙钛矿复合薄膜的具体步骤是：
[0020]
步骤一、酞菁铜以1-5mg/ml溶解在二甲基亚砜中；
[0021]
步骤二、混合酞菁铜溶液和钙钛矿层ch3nh3pbi3的前驱体溶液，即碘钾胺和碘化铅
以1:1的质量比溶解在γ-丁内酯和二甲基亚砜混合溶液中，体积比为7:3，质量分数为30wt％，混合的酞菁铜体积比为5％-20％。
[0022]
步骤三、将混合的钙钛矿溶液旋涂在基底上，在110℃下，用10分钟退火结晶，得到酞菁铜钙钛矿复合薄膜。
[0023]
很明显，电荷转移效应提高钙钛矿载流子数目具有如下优点：
[0024]
1.本发明的方法简单，直接混合旋涂材料的前驱体溶液，制备薄膜。
[0025]
2.本发明在不增加钙钛矿薄膜厚度的情况下增加钙钛矿薄膜中载流子数目。
[0026]
3.本发明基于电荷转移效应增加的载流子基本不影响载流子的复合(填充因子没有降低)。
[0027]
4.本发明采用这种方法增加载流子数目，可以利用到制备性能优良的超薄钙钛矿薄膜。
[0028]
5.相对于其他提高钙钛矿薄膜载流子方法来说，基于电荷转移效应的酞菁铜和钙钛矿太阳能电池不仅方法简单，而且效果明显，是值得推广的方法。不仅仅太阳能电池，有机发光器件等光电子器件都可以借鉴这种方法。


技术特征：
1.一种利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法，其特征在于：利用电荷转移效应增加的载流子数目，增加的载流子数目比复合的载流子数目多，电荷转移效应发生在酞菁铜和钙钛矿材料之间，将器件的短路电流提高；其中，发生电荷转移的复合薄膜是通过掺杂和旋涂方法制备的，具体地，酞菁铜钙钛矿复合薄膜的制备如下：步骤一、将酞菁铜以1-5mg/ml溶解在二甲基亚砜中；步骤二、混合酞菁铜溶液和钙钛矿层ch3nh3pbi3的前驱体溶液，即碘钾胺和碘化铅以1:1的质量比溶解在γ-丁内酯和二甲基亚砜混合溶液中，体积比为7:3，质量分数为30wt％，混合的酞菁铜体积比为5％-20％；步骤三、将混合的钙钛矿溶液旋涂在基底上，在110℃下，用10分钟退火结晶，得到酞菁铜钙钛矿复合薄膜。2.根据权利要求1所述的利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法，其特征在于：所述的器件的结构为：ito/pedot:pss/ch3nh3pbi3有或没有酞菁铜材料/pc
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bm/ag。3.根据权利要求1所述的利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法，其特征在于：掺杂酞菁铜后，器件的短路电流从15.41ma/cm2提高为17.48ma/cm2、填充因子从71％提高为77％，得到器件的效率从10.2％提高到12.7％，基于酞菁铜的复合钙钛矿太阳能电池性能得到了很大的提高。

技术总结
本发明公开了一种利用电荷转移效应提高钙钛矿太阳能电池载流子数目的方法，利用电荷转移效应增加的载流子数目，增加的载流子数目比复合的载流子数目多，电荷转移效应发生在酞菁铜和钙钛矿材料之间，将器件的短路电流提高。本发明在不改变钙钛矿薄膜厚度的情况下，提高薄膜中载流子数目；发生电荷转移的复合薄膜是通过掺杂和旋涂方法制备的，和纳米结构钙钛矿薄膜增加载流子方法相比，简化器件制备过程，节约成本；同时在钙钛矿光电子器件中，电荷转移主要应用于研究钙钛矿光活性层和界面层之间的载流子输运和提取情况，而本发明利用电荷转移效应提高钙钛矿薄膜中载流子数目。荷转移效应提高钙钛矿薄膜中载流子数目。荷转移效应提高钙钛矿薄膜中载流子数目。


技术研发人员：许美凤 吴哲 张彦 朱培涛 王超男 许田 金永龙
受保护的技术使用者：南通大学
技术研发日：2021.11.25
技术公布日：2022/3/1