[发明专利]一种大面积钙钛矿太阳电池复合光电转换层及其制备方法

权利要求书

1.一种大面积钙钛矿太阳电池复合光电转换层，其特征在于由三维钙钛矿型光电转换材料薄膜和可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料薄膜组成，三维钙钛矿型光电转换材料薄膜涂布在光电转换材料骨架上，厚度为100-500nm；可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料薄膜涂布在三维钙钛矿型光吸收材料薄膜上，厚度为50-200nm；可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料薄膜和三维钙钛矿型光电转换材料薄膜的厚度比为1：2-10；二层钙钛矿型光电转换材料中元素之间存在相互交换、扩散和渗透，在二层钙钛矿光电转换材料薄膜的接触区域形成复杂的过渡层，过渡层厚度为25-100nm，可聚合二维层状钙钛矿型光电转换薄膜同时作为空穴传输层。

2.如权利要求1所述大面积钙钛矿太阳电池复合光电转换层，其特征在于可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料薄膜组成为NMX₄，其中, N为可聚合化合物，包括三聚氰酸、三聚氰胺、三聚硫氰酸、三聚磷酸铵、氨基环三磷腈或其混合物；M为Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺、Fe²⁺或其混合物；X为Cl^-、Br^-、I^-或其混合物。

3.一种大面积钙钛矿太阳电池复合光电转换层的制备方法，其特征在于包括三维钙钛矿型光电转换材料薄膜制备、可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料和薄膜制备、复合光电转换层制备和评价三部分，技术方案包括以下步骤：

（1）将三维钙钛矿型光电转换材料溶解在极性有机溶剂中，用素烧陶瓷漏斗精密过滤，形成质量百分浓度10%-20%的光电转换材料溶液，用线棒涂布器将光电转换材料溶液涂布在光电转换层骨架上，溶剂挥发后形成厚度为100-500nm的三维钙钛矿型光电转换材料结晶薄膜，所述极性有机溶剂为二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺或其混合物；所述光电转换层骨架是在100mm×100mm的 FTO导电玻璃衬底上涂布厚度为20-50nm的纳米TiO₂致密层，然后涂布粒径为40-60nm，厚度为100-600nm的TiO₂薄膜，最后在450-550℃下烧结而成；

（2）在玻璃反应器中分别加入极性有机溶剂、氢卤酸和金属卤化物，在40-60℃下搅拌至完全溶解，然后加入可聚合化合物，控制原料投料摩尔比为：可聚合化合物：HX：MX₂ = 1：2.0-2.1：0.95-1.05，继续搅拌反应 12-24 h，得到可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料溶液；真空浓缩至溶液中有结晶析出，加入无水乙醇使极性溶剂中溶解的化学组成为NMX₄的二维层状钙钛矿型光电转换材料沉淀出来，真空过滤、无水乙醇洗涤、真空干燥后得到精制的NMX₄结晶产品，所述可聚合化合物为三聚氰酸、三聚氰胺、三聚硫氰酸、三聚磷酸铵、氨基环三磷腈或其混合物；所述金属卤化物为金属元素Pb、Sn、Ge、Cu、Ni、Mn、Zn、Fe的卤化物或其混合物；

（3）将以上制备的二维层状钙钛矿型光电转换材料结晶溶解在极性有机溶剂中，用素烧陶瓷漏斗精密过滤，形成质量百分浓度10%-20%的钙钛矿光电转换材料溶液，用线棒涂布器将钙钛矿光电转换材料溶液涂布在三维钙钛矿型光电转换材料结晶薄膜上，溶剂挥发后形成厚度为50-200nm 的可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料结晶薄膜，所述极性有机溶剂为二甲基甲酰胺、γ-丁内酯、二甲基亚砜、六甲基磷酰三胺或其混合物；

（4）将以上制备的双层钙钛矿型光电转换材料结晶薄膜在真空条件下加热到140-190℃，并保温0.5-2h，使二层钙钛矿型光电转换材料中元素相互交换、扩散和渗透，在二层钙钛矿光电转换材料薄膜接触区域形成二种钛矿光电转换材料的混合过渡层；可聚合化合物中的未与金属卤化物配位结合的活性基团在加热条件下自聚或共聚形成更稳定的聚合物分子；同时使钙钛矿光电转换薄膜中夹带的溶剂挥发除去，从而形成表面平滑和性能稳定的黑色钙钛矿复合光电转换层；

（5）将以上制备的钙钛矿复合光电转换层及衬底导电玻璃裁剪成100mm×10mm的矩形，不用涂布空穴传输层，直接在复合光电转换层上涂布导电银胶薄膜，在150-200℃下干燥固化，表面方块电阻为0.5-2Ω，用其组装的钙钛矿太阳电池光电转换效率为14%-15%，室内放置一月后钙钛矿太阳电池的光电转换效率未见下降。