本發(fā)明涉及電池，具體的，涉及利用冠醚修飾的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽(yáng)能電池有著效率高、成本低、制備簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，目前光電轉(zhuǎn)化效率已高達(dá)26.7％。然而，單結(jié)太陽(yáng)能電池由于無(wú)法同時(shí)兼顧吸收范圍與熱化損失，存在效率極限，限制了度電成本的進(jìn)一步下降。為此，疊層太陽(yáng)能電池成為學(xué)界與業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)，其通過堆疊具有不同禁帶寬度的子電池可以同時(shí)減小這兩種主要的能量損失，實(shí)現(xiàn)效率的突破。其中，寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池由于有著合適且可調(diào)的帶隙，以及優(yōu)異的光電性能，成為疊層太陽(yáng)能電池頂電池的首選。

2、然而，相較于一般帶隙鈣鈦礦，寬帶隙鈣鈦礦存在顯著的能量損失，體現(xiàn)在器件的開路電壓與短路電流上。寬帶隙鈣鈦礦在成分上通常采用較高比例的cs與br，這一方面可能導(dǎo)致其在光照下產(chǎn)生鹵素相分離，另一方面會(huì)加速其結(jié)晶過程，導(dǎo)致晶粒細(xì)小、缺陷濃度提高，從而嚴(yán)重影響鈣鈦礦太陽(yáng)能電池效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該電池具有寬帶隙，且提升了寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開路電壓與填充因子。

2、在本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種利用冠醚修飾的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括依次層疊設(shè)置的底電極層、電子傳輸層、寬帶隙鈣鈦礦層、空穴傳輸層和頂電極層，所述寬帶隙鈣鈦礦層包括活性物質(zhì)和冠醚，所述活性物質(zhì)為csxfa1-x-ymaypb(i1-z-wbrzclw)3，其中，0.1≤x≤0.4，0.02≤y≤0.05，0.1≤z≤0.4，0.02≤w≤0.05，且所述寬帶隙鈣鈦礦層的禁帶寬度(即帶隙)為1.65～1.90ev。由此，寬帶隙鈣鈦礦層中冠醚與活性物質(zhì)中的金屬離子(鉛離子和銫離子)相結(jié)合，兩者相互作用，實(shí)現(xiàn)冠醚對(duì)活性物質(zhì)的修飾，在其制備的過程中可以有效延緩了鈣鈦礦的結(jié)晶過程，即實(shí)現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦層的結(jié)晶過程的有效調(diào)控，增大了晶粒尺寸，改善了結(jié)晶質(zhì)量、優(yōu)化了結(jié)晶取向，從而抑制了非輻射復(fù)合、改善了載流子傳輸，最終提升了寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開路電壓與填充因子，提高電池效率。

3、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述冠醚的冠醚環(huán)上包含12個(gè)碳原子。

4、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述冠醚為苯并-18-冠-6、二苯并-18-冠-6、18-冠-6、氮雜-18-冠-6、二氮雜-18-冠-6和二硫代-18-冠-6中的至少之一。

5、在本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供了一種制備前面所述的利用冠醚修飾的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，制備寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法包括制備寬帶隙鈣鈦礦層的步驟，制備所述寬帶隙鈣鈦礦層的步驟包括：將甲胺氯、氯化鉛、碘化銫、溴化鉛、甲脒碘、碘化鉛溶解于第一溶劑中，得到鈣鈦礦前驅(qū)體溶液；將冠醚溶解于第二溶劑中，得到反溶劑；將所述鈣鈦礦前驅(qū)體溶液旋涂于基板上，形成初薄膜；在所述旋涂的過程中向所述初薄膜中心滴加所述反溶劑，得到所述中間體薄膜；對(duì)所述中間體薄膜進(jìn)行退火處理，得到所述寬帶隙鈣鈦礦層。由此，在上述制備方法中，鈣鈦礦前驅(qū)體溶液在旋涂過程中，第一溶劑逐漸揮發(fā)或被甩出，溶質(zhì)逐漸形成一層薄薄的液膜(即初薄膜)；旋涂一段時(shí)間后，向初薄膜中心滴加反溶劑，反溶劑可把第一溶劑去除，使得溶質(zhì)快速過飽和，也是在該過程中反溶劑中的冠醚與薄膜中的金屬離子相互作用，析出結(jié)晶，形成中間體薄膜，并在該過程中，冠醚有效延緩了鈣鈦礦的結(jié)晶過程，即實(shí)現(xiàn)寬帶隙中間體薄膜的結(jié)晶過程的有效調(diào)控，增大了晶粒尺寸，改善了結(jié)晶質(zhì)量、優(yōu)化了結(jié)晶取向；旋涂結(jié)束后，將該中間體薄膜加熱退火，此時(shí)殘余溶劑揮發(fā)，中間體薄膜轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K相，即得到鈣鈦礦層。故而，上述方法制備鈣鈦礦層，可以有效抑制非輻射復(fù)合、改善載流子傳輸，最終提升寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開路電壓與填充因子，提高電池效率。

6、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在所述反溶劑中，所述冠醚的濃度為0.001mg/ml～1mg/ml。

7、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，滴加所述反溶劑的體積為10μl～1000μl。

8、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，在滴加所述反溶劑時(shí)，所述基板的轉(zhuǎn)速為1000rpm～10000rpm。

9、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述第一溶劑為體積比3:1～4:1的dmf:dmso混合溶劑。

10、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，第二溶劑為氯苯、甲苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙醚、苯甲醚中的至少一種。

11、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述退火處理的溫度為100℃～150℃，10min～60min。

12、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種利用冠醚修飾的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法，其特征在于，包括依次層疊設(shè)置的底電極層、電子傳輸層、寬帶隙鈣鈦礦層、空穴傳輸層和頂電極層，所述寬帶隙鈣鈦礦層包括活性物質(zhì)和冠醚，所述活性物質(zhì)為csxfa1-x-ymaypb(i1-z-wbrzclw)3，其中，0.1≤x≤0.4，0.02≤y≤0.05，0.1≤z≤0.4，0.02≤w≤0.05，且所述寬帶隙鈣鈦礦層的禁帶寬度為1.65～1.90ev。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述冠醚的冠醚環(huán)上包含12個(gè)碳原子。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述冠醚為苯并-18-冠-6、二苯并-18-冠-6、18-冠-6、氮雜-18-冠-6、二氮雜-18-冠-6和二硫代-18-冠-6中的至少之一。

4.一種制備權(quán)利要求1～3中任一項(xiàng)所述的利用冠醚修飾的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的方法，其特征在于，包括制備寬帶隙鈣鈦礦層的步驟，制備所述寬帶隙鈣鈦礦層的步驟包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在所述反溶劑中，所述冠醚的濃度為0.001mg/ml～1mg/ml。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，滴加所述反溶劑的體積為10μl～1000μl。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在滴加所述反溶劑時(shí)，所述基板的轉(zhuǎn)速為1000rpm～10000rpm。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一溶劑為體積比3:1～4:1的dmf:dmso混合溶劑。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，第二溶劑為氯苯、甲苯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙醚、苯甲醚中的至少一種。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述退火處理的溫度為100℃～150℃，10min～60min。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了利用冠醚修飾的寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法。該寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括依次層疊設(shè)置的底電極層、電子傳輸層、寬帶隙鈣鈦礦層、空穴傳輸層和頂電極層，寬帶隙鈣鈦礦層包括活性物質(zhì)和冠醚，活性物質(zhì)為CsxFA1?x?yMAyPb(I1?z?wBrzClw)3，0.1≤x≤0.4，0.02≤y≤0.05，0.1≤z≤0.4，0.02≤w≤0.05，且寬帶隙鈣鈦礦層的禁帶寬度為1.65～1.90eV。實(shí)現(xiàn)寬帶隙鈣鈦礦層的結(jié)晶過程的有效調(diào)控，增大了晶粒尺寸，改善了結(jié)晶質(zhì)量、優(yōu)化了結(jié)晶取向，抑制了非輻射復(fù)合、改善了載流子傳輸，提升了寬帶隙鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的開路電壓與填充因子，提高電池效率。

技術(shù)研發(fā)人員：林紅,鐘瀚
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2