本申请涉及电池领域,特别是涉及一种钙钛矿吸光层、钙钛矿电池及其制备方法、光伏组件。
背景技术:
1、大力发展太阳能电池、提升太阳能源的利用率是解决人类能源问题和保护地球环境的重要途径。近年来,钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells,pscs)作为新一代光伏技术得到了迅速发展,有希望解决当前太阳能电池技术成本高、效率低的问题。然而,传统的钙钛矿太阳能电池无法兼顾光电转换效率和稳定性能。
2、因此,有必要对传统技术进行改进。
技术实现思路
1、基于此,本申请提供了一种光电转换效率较高,稳定性能较好的钙钛矿吸光层、钙钛矿电池及其制备方法、光伏组件。
2、本申请解决上述技术问题的技术方案如下。
3、本申请第一方面提供了一种钙钛矿吸光层,包括钙钛矿吸光材料和钝化材料,所述钝化材料的结构式如式(i)所示:
4、
5、其中,r1选自氢、氨基、c1~c20的胺烷基、卤素、硝基、羟基、巯基、羧基、氰基、取代或未取代的c1~c20烷基、取代或未取代的c6~c20芳基、取代或未取代的c2~c20杂环基及取代或未取代的c2~c20杂芳基中的至少一个;
6、r2选自氢、氨基、c1~c20的胺烷基、硝基、卤素、氰基、羧基、甲酰基、羟甲基、取代或未取代的c1~c20烷基、取代或未取代的c1~c20烷氧基、取代或未取代的c3~c20环烷基、取代或未取代的c6~c20芳基、取代或未取代的c2~c20杂环基及取代或未取代的c2~c20杂芳基中的至少一个;
7、r3和r4分别独立地选自氢、氨基、c1~c20的胺烷基、卤素、取代或未取代的c1~c20烷基、取代或未取代的c6~c20芳基、取代或未取代的c2~c20杂环基及取代或未取代的c2~c20杂芳基中的至少一个;
8、r2、r3和r4中至少一个不为氢。
9、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层中,所述式(i)满足如下特征中的至少一个:
10、(1)r1选自氢及取代或未取代的c1~c10烷基中的至少一个;
11、(2)r2选自氢、甲酰基、氨基、c1~c10的胺烷基及取代或未取代的c1~c10烷基中的至少一个;
12、(3)r3和r4分别独立地选自氢、卤素及取代或未取代的c1~c10烷基中的至少一个。
13、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层中,所述式(i)满足如下特征中的至少一个:
14、(1)r1选自氢及乙基中的一个;
15、(2)r2选自氢、甲酰基及氨甲基中的一个;
16、(3)r3和r4分别独立地选自氢及甲基中的一个。
17、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层中,所述钝化材料包括式(i-1)~式(i-3)所示化合物中的至少一种:
18、。
19、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层中,所述钝化材料与所述钙钛矿吸光材料相互混合,所述钝化材料与所述钙钛矿吸光材料的质量比为0.0001~0.01:1。
20、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层中,所述钙钛矿吸光层包括层叠设置的钙钛矿材料层和钝化层,所述钙钛矿材料层包括所述钙钛矿吸光材料,所述钝化层包括所述钝化材料。
21、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层中,所述钙钛矿吸光层满足如下特征中的至少一个:
22、(1)所述钝化层的厚度为1 nm~10 nm;
23、(2)所述钙钛矿材料层的厚度为10 nm~100 μm;
24、(3)所述钝化层与所述钙钛矿材料层的厚度比为0.00125~0.025:1。
25、本申请第二方面提供了一种钙钛矿吸光层的制备方法,包括以下步骤:
26、按照上述钙钛矿吸光层提供钙钛矿前驱体、钝化材料和溶剂;
27、将所述钙钛矿前驱体、钝化材料和溶剂混合,制备钙钛矿钝化溶液;
28、将所述钙钛矿钝化溶液设于基底表面,经第一退火处理,以在所述基底表面形成钙钛矿吸光层。
29、本申请另外还提供了一种钙钛矿吸光层的制备方法,包括以下步骤:
30、按照上述钙钛矿吸光层提供钙钛矿前驱体、钝化材料和溶剂;
31、将所述钙钛矿前驱体和部分溶剂混合,制备钙钛矿前驱体溶液;
32、将所述钙钛矿前驱体溶液设于基底表面,经第二退火处理,以在所述基底表面形成钙钛矿材料层;
33、将所述钝化材料和剩余溶剂混合,制备钝化溶液;
34、将所述钝化溶液设于所述钙钛矿材料层远离基底的表面,以在所述钙钛矿材料层远离基底的表面形成钝化层,所述钙钛矿吸光层包括所述钙钛矿材料层和所述钝化层。
35、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层的制备方法中,所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂,所述第一溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种,所述第二溶剂包括异丙醇和乙醇中的至少一种。
36、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层的制备方法中,制备所述钙钛矿前驱体溶液中,将所述钙钛矿前驱体和所述第一溶剂混合;制备所述钝化溶液步骤中,将所述钝化材料和所述第二溶剂混合。
37、在其中一些实施例中,钙钛矿吸光层的制备方法中,所述钝化溶液中所述钝化材料的浓度为0.2 mg/ml~10 mg/ml。
38、本申请第三方面提供了一种钙钛矿电池,包括第一电极、上述钙钛矿吸光层或上述制备方法制备的钙钛矿吸光层及第二电极。
39、本申请第四方面提供了一种钙钛矿电池的制备方法,包括以下步骤:
40、提供第一电极;
41、在所述第一电极的表面形成上述钙钛矿吸光层或上述制备方法制备的钙钛矿吸光层;
42、在所述钙钛矿吸光层远离所述第一电极的表面形成第二电极。
43、本申请第五方面提供了一种光伏组件,包括上述钙钛矿电池或上述制备方法制备的钙钛矿电池。
44、与现有技术相比较,本申请的钙钛矿吸光层具有如下有益效果:
45、本申请的钙钛矿吸光层,包括钙钛矿吸光材料和钝化材料,该特定结构的钝化材料可有效调节钙钛矿吸光层和传输层之间的能级,实现有效钝化表面缺陷,从而有效提升钙钛矿电池的光电转换效率和稳定性能。
1.一种钙钛矿吸光层,其特征在于,包括钙钛矿吸光材料和钝化材料,所述钝化材料的结构式如式(i)所示:
2.如权利要求1所述的钙钛矿吸光层,其特征在于,所述式(i)满足如下特征中的至少一个:
3.如权利要求1所述的钙钛矿吸光层,其特征在于,所述式(i)满足如下特征中的至少一个:
4.如权利要求1所述的钙钛矿吸光层,其特征在于,所述钝化材料包括式(i-1)~式(i-3)所示化合物中的至少一种:
5.如权利要求1所述的钙钛矿吸光层,其特征在于,所述钝化材料与所述钙钛矿吸光材料相互混合,所述钝化材料与所述钙钛矿吸光材料的质量比为0.0001~0.01:1。
6.如权利要求1所述的钙钛矿吸光层,其特征在于,所述钙钛矿吸光层包括层叠设置的钙钛矿材料层和钝化层,所述钙钛矿材料层包括所述钙钛矿吸光材料,所述钝化层包括所述钝化材料。
7.如权利要求6所述的钙钛矿吸光层,其特征在于,所述钙钛矿吸光层满足如下特征中的至少一个:
8.一种钙钛矿吸光层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
9.一种钙钛矿吸光层的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
10.如权利要9所述的制备方法,其特征在于,所述溶剂包括第一溶剂和第二溶剂,所述第一溶剂包括n,n-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中的至少一种,所述第二溶剂包括异丙醇和乙醇中的至少一种。
11.如权利要求10所述的制备方法,其特征在于,制备所述钙钛矿前驱体溶液中,将所述钙钛矿前驱体和所述第一溶剂混合;制备所述钝化溶液步骤中,将所述钝化材料和所述第二溶剂混合。
12.如权利要求9~11任一项所述的制备方法,其特征在于,所述钝化溶液中所述钝化材料的浓度为0.2 mg/ml~10 mg/ml。
13.一种钙钛矿电池,其特征在于,包括第一电极、如权利要求1~7任一项所述的钙钛矿吸光层或如权利要求8~11任一项所述的制备方法制备的钙钛矿吸光层及第二电极。
14.一种钙钛矿电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
15.一种光伏组件,其特征在于,包括如权利要求13所述的钙钛矿电池或如权利要求14所述的制备方法制备的钙钛矿电池。
