一种绿色混合溶剂及其在制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层中的应用的制作方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种绿色混合溶剂及其在制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层中的应用。

背景技术：

1、能源作为人类最早利用的自然资源之一，推动了文明社会的进步和经济领域的发展。面对不断消耗的不可再生能源和日益严峻的能源危机，发展绿色可再生能源技术势在必行。传统的基于硅等无机半导体材料的太阳能电池虽然已经商品化，但其生产工艺复杂、成本过高，并且存在无机材料不可降解以及不易柔性加工等缺陷，限制了其应用范围。而取之不尽用之不竭的太阳能作为一种绿色的可再生能源是最具有应用前景的光伏技术之一。

2、钙钛矿电池属于太阳能电池众多类型中的一种，是一种有前途的绿色和可再生能源。但制备钙钛矿层时，常采用dmf、dmso等溶剂。dmf、dmso等溶剂的沸点高，导致钙钛矿结晶速度慢，通常需要在较高温度及较长时间条下退火，并伴随溶剂蒸汽退火等难以精确控制的处理工艺，不利于采用高通量的卷对卷印刷技术制备钙钛矿太阳电池的工业化推广。

3、为解决沸点高的dmf、dmso等溶剂导致的钙钛矿结晶速度慢，需要较高及较长时间的温度退火的问题，现有技术通常在沸点高的dmf、dmso等溶剂中引入乙醇或异丙醇等低沸点溶剂，但dmf的工艺容忍性差，混入低沸点溶剂会导致钙钛矿前驱体溶液稳定性变差，甚至直接导致溶质(即形成钙钛矿层的原料)析出。

4、因此，开发一种适用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的低毒性、高工艺容忍性的溶剂具有一定的市场价值。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中的不足，提供一种绿色混合溶剂，通过复配三种不同沸点、不同极性、不同长短链、不同挥发程度、不同刚柔性链的绿色溶剂，可得到稳定性较高的钙钛矿前驱体溶液；使得在制备钙钛矿层时，可加快钙钛矿结晶速度，在较低温度及较短时间条件下退火，制备出具有较高能量转换效率的正反置钙钛矿太阳能电池。

2、本发明的目的在于提供一种绿色混合溶剂，由如下溶剂组成：沸点为150～200℃的高沸点溶剂、沸点为100～150℃的中沸点溶剂和沸点低于100℃的低沸点溶剂。

3、所述沸点为150～200℃的高沸点溶剂、沸点为100～150℃的中沸点溶剂和沸点低于100℃的低沸点溶剂的质量比为1：3～7：10～15。

4、在本发明一些实施例中，所述沸点为150～200℃的高沸点溶剂选自环己酮、环己醇中的至少一种。

5、在本发明一些实施例中，所述沸点为100～150℃的中沸点溶剂选自癸酸正丁酯、异癸酸异戊酯中的至少一种。

6、在本发明一些实施例中，所述沸点低于100℃的低沸点溶剂选自丙酮、乙醇中的至少一种。

7、本发明另一目的在于提供一种钙钛矿层前驱液，包括形成钙钛矿层的原料和所述的绿色混合溶剂。

8、在本发明一些实施例中，所述形成钙钛矿层的原料包括ax原料和bx2原料。

9、在本发明一些实施例中，所述钙钛矿具有abx3结构。

10、在本发明一些实施例中，所述ax源选自ch3nh3x、ch3ch2nh3x、nh2ch＝nh2x中的至少一种。

11、在本发明一些实施例中，所述bx2源选自pbx2、snx2中的至少一种。

12、在本发明一些实施例中，所述x选自cl、br和i中的至少一种。

13、在本发明一些实施例中，所述ax源与所述bx2源的质量比为(1～3)：1。

14、在本发明一些实施例中，所述形成钙钛矿层的原料与所述的绿色混合溶剂的用量比为(200～600)mg：1ml。

15、本发明再一目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法，包括以下步骤：

16、将所述的钙钛矿层前驱液旋涂或刮涂在空穴传输层或电子传输层上，退火，得钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层。

17、在本发明一些实施例中，所述旋涂的工艺为300～700r/min旋涂1～5s，然后4000～6000r/min旋涂20～40s。

18、在本发明一些实施例中，所述刮涂的速度为5.5～9.5mm/s，刮涂过程中的氮气刀流量为20～40l/min。

19、在本发明一些实施例中，所述退火的温度为50～100℃，时间为1～10min。

20、在本发明一些实施例中，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的厚度为500～800nm，包括但不限于为500nm、530nm、560nm、590nm、620nm、650nm、680nm、710nm、740nm、770nm、800nm。

21、在本发明一些实施例中，所述空穴传输层的材料选自聚乙烯咔唑、聚[[9-(1-辛基壬基)-9h-咔唑-2,7-二基]-2,5-噻吩二基-2,1,3-苯并噻二唑-4,7-二基-2,5-噻吩二基]、聚3-己基噻吩、聚[双(4-苯基)(4-丁基苯基)胺]中的至少一种。

22、在本发明一些实施例中，所述空穴传输层的厚度为10～35nm，包括但不限于10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm。

23、在本发明一些实施例中，所述电子传输层的材料选自pc61bm、bcp中的至少一种。

24、在本发明一些实施例中，所述电子传输层的厚度为100～200nm，包括但不限于为100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm、155nm、160nm、165nm、170nm、175nm、180nm、185nm、190nm、195nm、200nm。

25、本发明再一目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池，包括所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法所制备的钙钛矿层。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、(1)本发明通过复配沸点为150～200℃的高沸点溶剂、沸点为100～150℃的中沸点溶剂和沸点低于100℃的低沸点溶剂，可得到稳定性较高的钙钛矿前驱体溶液；使得在制备钙钛矿层时，可加快钙钛矿结晶速度，在较低温度及较短时间条件下退火，制备出具有较高能量转换效率的正反置钙钛矿太阳能电池。

28、(2)本发明所采用的环己酮或环己醇的沸点为150～200℃，具有较高的沸点，且极性较小、挥发性低、具有刚性环状结构；所采用的癸酸正丁酯或异癸酸异戊酯的沸点为100～150℃，具有中等的沸点，且极性中等、挥发性中等、具有长链结构；所采用的丙酮或乙醇的沸点为低于100℃，具有较低的沸点，且极性较大、挥发性高，具有短链结构。通过复配不同沸点、不同极性、不同长短链、不同挥发程度、不同刚柔性链的绿色溶剂，可得到稳定性较高的钙钛矿前驱体溶液；使得在制备钙钛矿层时，可加快钙钛矿结晶速度，在较低温度及较短时间条件下退火，制备出具有较高能量转换效率的正反置钙钛矿太阳能电池。

1.一种绿色混合溶剂，其特征在于，由如下溶剂组成：沸点为150~200℃的高沸点溶剂、沸点为100~150℃的中沸点溶剂和沸点低于100℃的低沸点溶剂。

2.如权利要求1所述的绿色混合溶剂，其特征在于，所述沸点为150~200℃的高沸点溶剂、沸点为100~150℃的中沸点溶剂和沸点低于100℃的低沸点溶剂的质量比为1：3~7：10~15。

3.如权利要求1所述的绿色混合溶剂，其特征在于，所述沸点为150~200℃的高沸点溶剂选自环己酮、环己醇中的至少一种；

4.一种钙钛矿层前驱液，其特征在于，包括形成钙钛矿层的原料和权利要求1~3任一项所述的绿色混合溶剂；

5.如权利要求4所述的钙钛矿层前驱液，其特征在于，所述ax源与所述bx2源的质量比为(1~3)：1；

6.一种钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法，其特征在于，所述旋涂的工艺为300~700r/min旋涂1~5s，然后4000~6000r/min旋涂20~40s；

8.如权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法，其特征在于，所述退火的温度为50~100℃，时间为1~10min。

9.如权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池的钙钛矿层的厚度为500~800nm。

10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括权利要求6~9任一项所述的制备方法所制备的钙钛矿层。