基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

1.本发明属于光电材料与器件技术领域，特别涉及基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。


背景技术：

2.太阳能电池是一种通过光伏效应直接将光能转化为电能的器件，目前市场上占主导地位的是单晶硅电池和多晶硅电池，然而成本高、制造能耗高等问题限制了晶硅电池的进一步发展。
3.作为第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池具有光吸收系数大、载流子迁移率高、载流子扩散长度大以及缺陷容忍度高等特点，尤其是近几年新兴的有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池，其转化效率增长速度惊人，自2009年首个钙钛矿太阳能电池问世以来，在短短13年的时间里，有机-无机杂化钙钛矿电池的转化效率就从3.8％提升至25.7％。而且，与晶硅电池相比，钙钛矿太阳能电池还具有可低成本溶液加工的关键优势，使其在光伏市场上引起了越来越广泛的关注。
4.钙钛矿薄膜的结晶往往不受控制并且影响因素较多，由于金属卤化物钙钛矿的离子特性和较低的缺陷形成能，多晶薄膜表面和晶界处不可避免地产生各种各样的缺陷，导致严重的非辐射复合或离子迁移，对器件的效率和长期稳定性造成不利影响；另外，由于前驱体转化的不完全，钙钛矿薄膜中容易残留大量的碘化铅，尽管少量的碘化铅残留能够钝化部分缺陷，但由于其较为活泼的化学性质，碘化铅诱导下钙钛矿的降解是器件不稳定的另一关键因素。到目前为止，相关文献中所报道的器件性能仍然不足以达到商业化标准。因此，进一步开发简便、通用的针对钙钛矿结晶的辅助方法仍然是非常迫切的。
5.两步法是钙钛矿沉积的一般方法，具有操作难度低、重复性高等优点。其中，针对碘化铅前驱体的优化是一个较为方便且有效的策略，碘化铅前驱体是制备钙钛矿薄膜的关键前驱体之一，通过调节碘化铅前驱体的物理和化学性质，可以控制钙钛矿薄膜的结晶性、致密性、光电转换效率和稳定性等性能。


技术实现要素：

6.为解决上述提到的限制钙钛矿太阳能电池效率和稳定性的问题，本发明提供了一种高效、稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过在碘化铅前驱体中引入咪唑烷基脲小分子添加剂来辅助钙钛矿结晶并增强其电荷传输性能。
7.本发明的第一个目的在于提供了基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，包括顺序设置的底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及顶电极。
8.优选地，所述底电极包括基底和沉积于基底上的透明导电金属氧化物，所述基底选自玻璃、石英、柔性pet或柔性pen中的任意一种，所述透明导电金属氧化物为氧化铟锡ito或氟掺杂氧化锡fto。
9.优选地，所述电子传输层为氧化锡sno2纳米颗粒。
10.优选地，所述钙钛矿层为掺杂有咪唑烷基脲的甲脒甲胺铅碘化合物，其中，所述咪唑烷基脲的cas号为39236-46-9，化学分子式为c
11h16
n8o8；所述甲脒甲胺铅碘化合物的化学式被表示为fa
1-x
ma
x
pbi3，其中，所述x的值为0-1。
11.优选地，所述空穴传输层为叔丁基吡啶tbp和双三氟甲烷磺酸亚胺锂li-tfsi掺杂的[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]螺二芴spiro-meotad。
[0012]
优选地，所述顶电极为导电的金属材料，所述导电的金属材料选自金au、银ag、铜cu中的任意一种。
[0013]
优选地，所述电子传输层的厚度为2～50纳米，所述钙钛矿层的厚度为300～1000纳米，所述空穴传输层的厚度为50～400纳米，所述顶电极的厚度在50纳米以上。
[0014]
本发明的第二个目的在于提供一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法所制备的为上述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，方法包括以下步骤：
[0015]
s10，清洗并烘干底电极，随后用氧等离子体处理2-15分钟；
[0016]
s20，在底电极上旋涂由电子传输层材料制备的水溶液，随后，将旋涂完毕的电子传输材料水溶液置于100-200摄氏度的热台上退火10-40分钟，得到电子传输层；
[0017]
s30，在电子传输层上使用旋涂法制备碘化铅薄膜，包括：将碘化铅和咪唑烷基脲溶解在二甲基甲酰胺dmf和二甲基亚砜dmso的混合溶剂中得到碘化铅前驱体，随后在电子传输层上旋涂碘化铅前驱体得到碘化铅湿膜，将碘化铅湿膜置于50-100摄氏度的热台上退火0.5-3分钟得到碘化铅薄膜；
[0018]
s40，将碘化甲胺mai、氯化甲胺macl和氯化甲脒fai溶解在异丙醇中得到阳离子盐溶液，在碘化铅薄膜上动态滴加阳离子盐溶液，反应结束后，将反应得到的湿膜置于100-200摄氏度的热台上退火5-20分钟得到所述钙钛矿层；
[0019]
s50，将spiro-meotad、叔丁基吡啶tbp、双三氟甲烷磺酸亚胺锂li-tfsi的乙腈溶液溶解在氯苯中得到空穴传输层前驱体，在钙钛矿层上旋涂所述空穴传输层前驱体，随后，将旋涂完毕的空穴传输层前驱体置于干燥箱中氧化5-20个小时，得到空穴传输层；
[0020]
s60，在空穴传输层上使用真空蒸镀的方式沉积顶电极。
[0021]
优选地，所述s40中动态滴加阳离子盐溶液包括以下步骤：预先设置好旋涂参数，具体参数为：转速为1000-3000转/秒，加速度为1000-3000转/秒/秒，旋涂时间为20-40秒，随后在基于旋涂参数的旋涂过程中向碘化铅薄膜的表面滴加阳离子盐溶液。
[0022]
优选地，所述s60中真空蒸镀的真空度为10-6-10-7
帕斯卡。
[0023]
本发明的有益效果至少包括：本发明的钙钛矿太阳能电池在钙钛矿层中引入咪唑烷基脲小分子添加剂。所述咪唑烷基脲的cas号为39236-46-9，化学分子式为c
11h16
n8o8。咪唑烷基脲能够有效调控钙钛矿的生长，具体表现为钙钛矿晶粒的大小、形态、结晶度的改善。钙钛矿结晶度和致密性的提高大幅降低了光生载流子的非辐射复合损失，薄膜表面粗糙度的降低一定程度上提高了器件的电荷转移能力，另外，残留碘化铅的减少能够有效抑制钙钛矿的不可逆降解；优化后的钙钛矿太阳能电池拥有更为优异的功率转换效率和稳定性。
附图说明
[0024]
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
[0025]
图1为本发明实施例的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0026]
图2为本发明实施例1的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿太阳能电池的截面的扫描电子显微镜(sem)表征图；
[0027]
图3为本发明对比例1和实施例1的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜的x射线衍射(xrd)表征图；
[0028]
图4为本发明对比例1和实施例1的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜(sem)表征图；
[0029]
图5为本发明对比例1和实施例1的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜的原子力显微镜(afm)表征图；
[0030]
图6为本发明对比例1和实施例1的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿太阳能电池的电流电压特性曲线图。
具体实施方式
[0031]
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
[0032]
本发明实施例的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿太阳能电池，其包括沿设定方向依次设置的底电极10、电子传输层20、钙钛矿层30、空穴传输层40及顶电极50；器件结构可参考图1和图2所示。
[0033]
具体实施例中，钙钛矿层30包括钙钛矿材料，所述钙钛矿材料的结构通式为abx3，其中，a为一价(i价)阳离子，b为二价(ii价)阳离子，x为卤素阴离子；a包括甲胺阳离子(ma
+
)、甲脒阳离子(fa
+
)、金属铯离子(cs
+
)等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此；
[0034]
b包括金属铅离子(pb
2+
)、金属锡离子(sn
2+
)等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此；
[0035]
x包括氯离子(cl-)、溴离子(br-)、碘离子(i-)等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0036]
钙钛矿层30为掺杂有咪唑烷基脲的甲脒甲胺铅碘化合物，其中，咪唑烷基脲的cas号为39236-46-9，化学分子式为c
11h16
n8o8；甲脒甲胺铅碘化合物的化学式可以被表示为fa
1-x
ma
x
pbi3，其中，x的值为0-1。
[0037]
钙钛矿层30的厚度为300-1000纳米。
[0038]
咪唑烷基脲的cas号为39236-46-9，化学分子式为c
11h16
n8o8。
[0039]
底电极10包括基底和沉积于所述基底上的透明导电金属氧化物。
[0040]
基底选自玻璃、石英、柔性pet或柔性pen中的任意一种，所述透明导电金属氧化物为氧化铟锡(ito)或者是氟掺杂氧化锡(fto)。
[0041]
电子传输层20的原料为n型金属氧化物，所述n型金属氧化物为氧化锡(sno2)。
[0042]
电子传输层20的厚度为2-50纳米。
[0043]
空穴传输层40为叔丁基吡啶(tbp)和双三氟甲烷磺酸亚胺锂(li-tfsi)掺杂的[n,
n-二(4-甲氧基苯基)氨基]螺二芴(spiro-meotad)。
[0044]
空穴传输层40的厚度为50-400纳米。
[0045]
顶电极50为导电的金属材料，所述导电的金属材料选自金(au)、银(ag)、铜(cu)的任意一种。
[0046]
顶电极50的厚度在50纳米以上。
[0047]
本发明的方法实施例提供如上所述基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0048]
s11，清洗并处理底电极10；
[0049]
s21，在底电极10上使用旋涂法制备电子传输层20；
[0050]
s31，在电子传输层20上使用优化后的两步法制备钙钛矿层30；
[0051]
s41，在钙钛矿层30上使用旋涂法制备空穴传输层40；
[0052]
s51，空穴传输层40上使用真空蒸镀的方式沉积顶电极50。
[0053]
s11，包括以下步骤：依次使用洗洁精、去离子水、酒精超声清洗刻蚀好的底电极10。优选地，所述清洗的时长为5-30分钟。随后，将清洗后的底电极10置于干燥箱中烘干。优选地，所述干燥箱的温度被设置为50-120摄氏度。随后，将烘干后的底电极10用氧等离子体处理2-15分钟。
[0054]
s21，包括以下步骤：将氧化锡胶体用去离子水按照一定的稀释比例进行稀释，得到所需的氧化锡前驱体。优选地，所述氧化锡胶体的浓度为15％，分散于水中，所述稀释比例为1:4(氧化锡胶体的体积:水的体积)。随后，将稀释后的氧化锡前驱体旋涂在清洗并处理后的底电极10上，转速为2000-4000转/秒，加速度为1000-2000转/秒/秒，旋涂时间为20-40秒。随后，将旋涂完毕的氧化锡前驱体置于100-200摄氏度的热台上退火10-40分钟，得到所述电子传输层20。
[0055]
s31，包括以下步骤：将所述电子传输层20使用去离子水超声清洗。优选地，所述清洗的时长为5-20分钟。随后，将清洗后的电子传输层20用氧等离子体处理2-6分钟。随后，在所述电子传输层20表面滴加碘化铅前驱体溶液，滴加完毕后使用旋涂参数1旋涂碘化铅前驱体溶液，碘化铅前驱体溶液旋涂完毕后将所得湿膜置于50-100摄氏度的热台上退火0.5-3分钟得到碘化铅薄膜；随后，设置好旋涂参数2，设置完毕后在基于旋涂参数2的旋涂过程中向所述碘化铅薄膜的表面动态滴加阳离子盐溶液，反应结束后，将反应得到的湿膜置于100-200摄氏度的热台上退火5-20分钟得到所述钙钛矿层30。所述碘化铅前驱体溶液由碘化铅(pbi2)和咪唑烷基脲溶解在极性非质子溶剂中并使用0.20-0.50微米的过滤头过滤所得；其中，所述极性非质子溶剂为二甲基甲酰胺(dmf)和二甲基亚砜(dmso)的混合溶剂。所述阳离子盐溶液由碘化甲胺(mai)、氯化甲胺(macl)和氯化甲脒(fai)溶解在极性质子溶剂中所得；其中，所述极性质子溶剂为异丙醇(ipa)。优选地，所述碘化铅的浓度为1.0-2.0摩尔每升，所述咪唑烷基脲的浓度为0.1-10毫克每毫升，所述二甲基亚砜的比例范围为0-100％，所述碘化甲胺的浓度为4-8毫克每毫升，所述氯化甲胺的浓度为6-12毫克每毫升，所述碘化甲脒的浓度为80-120毫克每毫升，所述旋涂参数1为：转速为1000-3000转/秒，加速度为500-2000转/秒/秒，旋涂时间为20-40秒，所述旋涂参数2为：转速为1000-3000转/秒，加速度为1000-3000转/秒/秒，旋涂时间为20-40秒。
[0056]
s41，包括以下步骤：配置一定浓度的含有空穴传输层40材料的空穴传输层40前驱
体，随后将配置完毕的空穴传输层40前驱体旋涂在所述钙钛矿修饰层上，转速为2000-4000转/秒，加速度为1000-4000转/秒/秒，旋涂时间为20-40秒，随后，将旋涂完毕的空穴传输层40前驱体置于干燥箱中氧化5-20个小时，得到所述空穴传输层40。所述空穴传输层40材料为[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]螺二芴(spiro-meotad)。优选地，所述含有空穴传输层40材料的溶液所使用的溶剂为氯苯(cb)，配置一定浓度的含有空穴传输层40材料的溶液包括以下步骤：将50-100毫克的spiro-meotad溶解在1毫升的氯苯中，再加入10-40微升的叔丁基吡啶(tbp)和5-30微升的双三氟甲烷磺酸亚胺锂(li-tfsi)的乙腈溶液搅拌均匀。
[0057]
实施例1参见图2，结构为ito玻璃/sno2/fa
1-x
ma
x
pbi3/spiro-meotad/ag的钙钛矿太阳能电池。
[0058]
本实施例中，一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，主要包括以下步骤：
[0059]
s12，底电极10的清洗与处理：将刻蚀好的覆盖有ito的玻璃依次用洗洁精、去离子水、酒精超声清洗20分钟，清洗完毕后置于70摄氏度的烘箱中烘干，烘干后用氧等离子体处理5分钟，得到洁净的底电极10。
[0060]
s22，电子传输层20的制备：将分散于水中的浓度为15％的氧化锡胶体用去离子水按照1:4(氧化锡胶体的体积:水的体积)的稀释比例进行稀释，得到所需的氧化锡前驱体，随后取90微升稀释后的氧化锡前驱体旋涂在所述洁净的底电极10上，转速为3500转/秒，加速度为2000转/秒/秒，旋涂时间为30秒，随后将旋涂完毕的氧化锡前驱体置于180摄氏度的热台上退火30分钟，得到所述电子传输层20。
[0061]
s32，钙钛矿层30的制备：称取345.08毫克的碘化铅和0.5毫克的咪唑烷基脲，并将其溶解在由450微升dmf和50微升dmso混合而成的溶剂中得到碘化铅前驱体，随后将碘化铅前驱体用0.45微米的过滤头过滤；随后调整好旋涂参数并记为旋涂参数1：转速为1500转/秒，加速度为1000转/秒/秒，旋涂时间为30秒，随后取40微升所述过滤后的碘化铅前驱体滴加在所述电子传输层20的表面，滴加完毕后使用旋涂参数1进行旋涂，等待旋涂完毕后将所得湿膜置于70摄氏度的热台上退火1分钟得到碘化铅薄膜。随后称取6.39毫克的mai、9毫克的macl、90毫克的fai溶解在1毫升的异丙醇(ipa)溶液中得到阳离子前驱体；随后调整好旋涂参数并记为旋涂参数2：转速为2000转/秒，加速度为2000转/秒/秒，旋涂时间为30秒，随后在基于旋涂参数2的旋涂过程中向所述碘化铅薄膜的表面动态滴加30微升所述阳离子前驱体，等待旋涂完毕后将所得的反应后的湿膜置于150摄氏度的热台上退火15分钟得到所述钙钛矿层30。
[0062]
s42，空穴传输层40的制备：将75毫克的spiro-meotad溶解在1毫升的氯苯中，再加入28.8微升的叔丁基吡啶(tbp)和17.5微升的双三氟甲烷磺酸亚胺锂(li-tfsi)的乙腈溶液(520毫克/毫升)搅拌均匀，得到所需的spiro-meotad前驱体，随后取40微升配置完毕的spiro-meotad前驱体旋涂在所述钙钛矿修饰层上，转速为3000转/秒，加速度为3000转/秒/秒，旋涂时间为25秒，随后将旋涂完毕的空穴传输层40前驱体置于干燥箱中氧化16个小时，得到所述空穴传输层40。
[0063]
s52，顶电极50的制备：使用真空蒸镀仪在所述空穴传输层40上热蒸发一层100纳米的金属au作为顶电极50。
[0064]
对比例1：结构为ito玻璃/sno2/fa
1-x
ma
x
pbi3/spiro-meotad/ag的钙钛矿太阳能电
池。
[0065]
本对比例中，一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，按照实施例1中的步骤制备钙钛矿太阳能电池，本对比例与实施例1的区别在于：在碘化铅前驱体中不加入咪唑烷基脲，即不对钙钛矿进行改性。
[0066]
本实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的xrd表征图见图3所示，其中，control代表对比例制备的钙钛矿薄膜，target代表实施例制备的钙钛矿薄膜，符号#代表碘化铅的衍射峰，希腊字母α代表钙钛矿黑色相的衍射峰。显然，与未进行工艺优化的控制组相比，咪唑烷基脲改性后的钙钛矿薄膜拥有更低的碘化铅残留量和更高的钙钛矿结晶度。
[0067]
本实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的sem表征图见图4所示，其中，a)图代表对比例制备的钙钛矿薄膜，b)图代表实施例制备的钙钛矿薄膜。显然，与未进行工艺优化的控制组相比，咪唑烷基脲改性后的钙钛矿薄膜致密性增强、粗糙度降低、碘化铅残留减少。
[0068]
本实施例1和对比例1制备的钙钛矿薄膜的原子力显微镜(afm)表征图见图5所示，其中，a)图代表对比例制备的钙钛矿薄膜，b)图代表实施例制备的钙钛矿薄膜。显然，与未进行工艺优化的控制组相比，咪唑烷基脲改性后的钙钛矿薄膜更加平整。
[0069]
本实施例1和对比例1制备的钙钛矿太阳能电池的电流电压特性曲线图见图6所示，其中，control代表对比例制备的钙钛矿太阳能电池，target代表实施例制备的钙钛矿太阳能电池。显然，与未进行工艺优化的控制组相比，咪唑烷基脲改性后的钙钛矿太阳能电池的各个性能参数都有提升，target器件的功率转换效率(pce)达到了22.39％，而control器件的功率转换效率(pce)只能达到21.28％，其中，咪唑烷基脲改性策略对开路电压v
oc
的提升最为明显，因此咪唑烷基脲改性能够有效修复钙钛矿太阳能电池中的非辐射复合缺陷。
[0070]
实施例2：结构为ito玻璃/sno2/fa
1-x
ma
x
pbi3/spiro-meotad/ag的钙钛矿太阳能电池。
[0071]
本实施例中，一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，按照实施例1中的步骤制备钙钛矿太阳能电池，本实施例与实施例1的区别在于：步骤中的咪唑烷基脲的浓度变为0.5毫克每毫升。所制备的复合光伏电池的性能略微低于实施例1中的。
[0072]
实施例3：结构为ito玻璃/sno2/fa
1-x
ma
x
pbi3/spiro-meotad/ag的钙钛矿太阳能电池。
[0073]
本实施例中，一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，按照实施例1中的步骤制备钙钛矿太阳能电池，本实施例与实施例1的区别在于：步骤中的咪唑烷基脲的浓度变为2毫克每毫升。所制备的复合光伏电池的性能略微低于实施例1中的。
[0074]
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

技术特征：
1.一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括顺序设置的底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及顶电极。2.根据权利要求1所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述底电极包括基底和沉积于基底上的透明导电金属氧化物，所述基底选自玻璃、石英、柔性pet或柔性pen中的任意一种，所述透明导电金属氧化物为氧化铟锡ito或氟掺杂氧化锡fto。3.根据权利要求1所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为氧化锡sno2纳米颗粒。4.根据权利要求1所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层为掺杂有咪唑烷基脲的甲脒甲胺铅碘化合物，其中，所述咪唑烷基脲的cas号为39236-46-9，化学分子式为c
11
h
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n8o8；所述甲脒甲胺铅碘化合物的化学式被表示为fa
1-x
ma
x
pbi3，其中，所述x的值为0-1。5.根据权利要求1所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为叔丁基吡啶tbp和双三氟甲烷磺酸亚胺锂li-tfsi掺杂的[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]螺二芴spiro-meotad。6.根据权利要求1所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述顶电极为导电的金属材料，所述导电的金属材料选自金au、银ag、铜cu中的任意一种。7.根据权利要求1所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为2～50纳米，所述钙钛矿层的厚度为300～1000纳米，所述空穴传输层的厚度为50～400纳米，所述顶电极的厚度在50纳米以上。8.一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法所制备的为权利要求1-7之一所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池，方法包括以下步骤：s10，清洗并烘干底电极，随后用氧等离子体处理2-15分钟；s20，在底电极上旋涂由电子传输层材料制备的水溶液，随后，将旋涂完毕的电子传输材料水溶液置于100-200摄氏度的热台上退火10-40分钟，得到电子传输层；s30，在电子传输层上使用旋涂法制备碘化铅薄膜，包括：将碘化铅和咪唑烷基脲溶解在二甲基甲酰胺dmf和二甲基亚砜dmso的混合溶剂中得到碘化铅前驱体，随后在电子传输层上旋涂碘化铅前驱体得到碘化铅湿膜，将碘化铅湿膜置于50-100摄氏度的热台上退火0.5-3分钟得到碘化铅薄膜；s40，将碘化甲胺mai、氯化甲胺macl和氯化甲脒fai溶解在异丙醇中得到阳离子盐溶液，在碘化铅薄膜上动态滴加阳离子盐溶液，反应结束后，将反应得到的湿膜置于100-200摄氏度的热台上退火5-20分钟得到所述钙钛矿层；s50，将spiro-meotad、叔丁基吡啶tbp、双三氟甲烷磺酸亚胺锂li-tfsi的乙腈溶液溶解在氯苯中得到空穴传输层前驱体，在钙钛矿层上旋涂所述空穴传输层前驱体，随后，将旋涂完毕的空穴传输层前驱体置于干燥箱中氧化5-20个小时，得到空穴传输层；s60，在空穴传输层上使用真空蒸镀的方式沉积顶电极。9.根据权利要求8所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述s40中动态滴加阳离子盐溶液包括以下步骤：预先设置好旋涂参数，具体参
数为：转速为1000-3000转/秒，加速度为1000-3000转/秒/秒，旋涂时间为20-40秒，随后在基于旋涂参数的旋涂过程中向碘化铅薄膜的表面滴加阳离子盐溶液。10.根据权利要求8所述的基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述s60中真空蒸镀的真空度为10-6-10-7
帕斯卡。

技术总结
本发明公开了一种基于碘化铅前驱体工程的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。钙钛矿太阳能电池包括沿设定方向依次设置的底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及顶电极。本发明通过在碘化铅前驱体中引入咪唑烷基尿小分子添加剂来辅助钙钛矿结晶并增强其电荷传输性能。所制备的钙钛矿薄膜的结晶度、致密性增强，一方面有效抑制了来自于晶界和晶粒内部的缺陷态的产生，另一方面有助于改善离子迁移导致的不稳定；且碘化铅残留减少，意味着碘化铅诱导分解的情况将会得到改善；粗糙度亦降低，更有利于载流子向界面层的转移；总之，所制备的钙钛矿太阳能电池具有更加优异的功率转换效率和稳定性。率和稳定性。率和稳定性。


技术研发人员：严文生 叶静川 臧月 涂艺博 杨高元
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.04.26
技术公布日：2023/9/14