一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法

本发明属于钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法。

背景技术：

1、《2023年全球碳预算》报告显示，2023年，全球煤炭、石油和天然气燃烧排放的二氧化碳总量将达到368亿吨，同比增长1.1％，报告的结果和数据分析表明，全球碳排放过高的问题仍然严重。为实现碳中和目标，需要加大可再生能源的利用，推动可持续发展。钙钛矿太阳能电池作为近年来效率提升最快，具有成本低、生产能耗低等优势的新一代清洁能源，获得了国家政策的大力支持和学术界、产业界以及投资界的一致青睐，也为改善世界能源结构，提高清洁能源利用率带来了新机遇。

2、此前由申请号为cn 2024107690995，发明名称为一种用小分子游离胺与酰氯界面聚合的钙钛矿电池制备与封装一体化工艺，该申请在实际应用中一部分小分子游离胺会进入钙钛矿晶格形成二维钙钛矿材料，在一定程度上影响钙钛矿吸光层中三维钙钛矿的结晶，仍旧还需要解决防止二维钙钛矿的生成这一问题。

3、此外，钙钛矿太阳能电池长期工作的稳定性还无法达到产业化要求，为提高电池的长期稳定性，通常要对电池进行封装处理，现有的电池封装工艺存在成本高、工序复杂、原料利用率低、需要外加光热条件等缺点，因此开发新的钙钛矿电池封装材料及封装工艺，用更低的成本提高电池的稳定性对增加钙钛矿电池的产业竞争力具有重要意义。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明首要目的是提供一种钙钛矿太阳能电池的封装工艺，其特点是：在反溶剂法制备钙钛矿吸光层的中，钙钛矿前驱体溶液中加入带有大量氨基或亚胺基的链状聚合物，并在反溶剂中加入含有酰氯基团的小分子，在酰氯与氨基或亚胺基接触面发生缩聚反应，使带有氨基或亚胺基的链状聚合物交联成网状聚合物，并在钙钛矿吸光层表面析出形成高分子封装层，实现钙钛矿电池的制备与封装一体化。

2、本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)将ito或fto玻璃用去离子水、丙酮和乙醇溶液中依次超声清洗，氮气吹干后在紫外臭氧清洗机中处理10-30min，用涂布或蒸镀的方法在基材表面组装电子传输层；

5、(2)将mai、pbi2和聚乙烯基胺溶于dmso中得到前驱体溶液，其中mai、pbi2和聚乙烯基胺或聚乙烯亚胺浓度分别为0.4-2.1mol/l、0.4-2.1mol/l、0.01-2.0g/ml，并将该混合物溶液涂覆在电子传输层表面；或将适量mapbi3与聚乙烯基胺溶于dmso中得到混合溶液，其中mapbi3浓度为0.4-2.5mol/l，聚乙烯基胺或聚乙烯亚胺的浓度为0.01-2.0g/ml，将该混合溶液涂覆在电子传输层表面，匀胶机甩干10-30秒后将50-200μl含有浓度为0.2-1.8g/ml酰氯的乙酸乙酯溶液滴在钙钛矿衬底的中心位置，2000-5000r/min旋涂10-30秒后将ito玻璃置于100-180℃热台上加热5-15分钟；

6、(3)在步骤(2)中制备的器件表面用涂布法或蒸镀法组装空穴传输层，最后沉积背电极。

7、进一步地，所述步骤(2)中mapbi3可由甲胺铅溴(mapbbr3)、甲胺铅氯(mapbcl3)、甲脒铅碘(fapbi3)、甲脒铅溴(fapbbr3)、甲脒铅氯(mapbcl3)、铯铅碘(cspbi3)、铯铅溴(cspbbr3)、铯铅氯(cspbcl3)、甲胺锡碘(masni3)、甲胺锡溴(masnbr3)、甲胺锡氯(masnbr3)及其混合物替代。

8、具体地，所述步骤(2)中的dmso可由dmso与γ-丁内酯、环丁砜、戊内酯等溶剂的混合溶剂取代。

9、具体地，所述步骤(2)中聚乙烯基胺能够由聚乙烯基胺可由聚乙烯亚胺、聚丙烯基胺或其他带有氨基或亚胺基且分子量为600-70000da的不与钙钛矿前驱体溶液发生化学反应的聚合物及其混合物代替。

10、具体地，所述步骤(2)中酰氯包括但不限于均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、氟代间苯二甲酰氯和带有疏水取代基的苯甲酰氯及其同系物。

11、具体地，所述电池在运行500小时后仍能保持93％以上的初始效率。

12、本发明的有益效果如下：

13、本发明通过结合反溶剂法和界面聚合法，在钙钛矿电池制备工艺中不填加任何工序，只需在前驱体溶液的配制中加入界面聚合所需反应物即可完成封装材料的合成及电池封装过程，实现电池工作稳定性的大幅提高，由于小分子单体用作界面聚合反应物时容易进入钙钛矿晶格里生成二维钙钛矿，降低钙钛矿吸光层的晶体质量；该技术方案把小分子胺换成含有胺基的高分子聚合物可以避免副反应的发生，封装效果更好，电池综合性能更高，在很大程度上简化钙钛矿电池的生产流程，且该方法无需复杂设备、成本低，对钙钛矿电池的降本增效具有重要意义。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中mapbi3可由甲胺铅溴(mapbbr3)、甲胺铅氯(mapbcl3)、甲脒铅碘(fapbi3)、甲脒铅溴(fapbbr3)、甲脒铅氯(mapbcl3)、铯铅碘(cspbi3)、铯铅溴(cspbbr3)、铯铅氯(cspbcl3)、甲胺锡碘(masni3)、甲胺锡溴(masnbr3)、甲胺锡氯(masnbr3)及其混合物替代。

3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中的dmso可由dmso与γ-丁内酯、环丁砜、戊内酯等溶剂的混合溶剂取代。

4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中聚乙烯基胺能够由聚乙烯基胺可由聚乙烯亚胺、聚丙烯基胺或其他带有氨基或亚胺基且分子量为600-70000da的不与钙钛矿前驱体溶液发生化学反应的聚合物及其混合物代替。

5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，其特征在于，所述步骤(2)中酰氯包括但不限于均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、氟代间苯二甲酰氯和带有疏水取代基的苯甲酰氯及其同系物。

6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，其特征在于，所述电池在运行500小时后仍能保持93％以上的初始效率。

技术总结
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池的高分子交联封装方法，该方法是通过在反溶剂法制备钙钛矿吸光层的过程中，钙钛矿前驱体溶液中加入带有大量氨基或亚胺基的链状聚合物，并在反溶剂中加入含有酰氯基团的小分子，在酰氯与氨基或亚胺基接触面发生缩聚反应，使带有氨基或亚胺基的链状聚合物交联成网状聚合物，并在钙钛矿吸光层表面析出形成高分子封装层，实现钙钛矿电池的制备与封装一体化，大大提高了钙钛矿电池工作稳定性。

技术研发人员：王进,钟宇飞,毕伟辉
受保护的技术使用者：浙大宁波理工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23