本发明专利技术公开了一种疏水性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过在钙钛矿前驱液中添加长烷基链疏水性分子来改善钙钛矿层的成膜质量，提高其疏水性能，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和湿度稳定性。基于该方法，可以得到非常平整光滑、晶粒分布均匀的钙钛矿薄膜，该疏水性添加剂也可增加钙钛矿薄膜的抗水能力。这种双重功效，可以使我们很容易制备出高效和稳定的钙钛矿太阳能电池。通过该方法我们制备出了超过14%光电转换效率的钙钛矿太阳能电池，最为突出的是基于该方法制备出的钙钛矿太阳能电池具有非常好的稳定性。经过长达2000个小时的稳定性测试，器件还保持刚开始测到的效率的80%以上。稳定性和效率明显优于没有添加剂制备出的钙钛矿器件。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在钙钛矿层中掺入长烷基链疏水性分子正辛基三甲氧基硅烷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于光电子材料与器件领域。
技术介绍
近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟嫁锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处于起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。最新发现的钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，由于其具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了丰硕的研究成果。钙钛矿吸光材料由于具有较高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数，因而钙钛矿太阳能电池可以获得高的短路电池、开路电压和填充因子。目前，这一领域的迅速发展吸引了来自世界各国科学家们的研究兴趣。然而，钙钛矿材料本身对于空气和水的不稳定性在一定程度上也限制了钙钛矿太阳能电池的商业应用。在温度或者湿度较高的条件下，钙钛矿材料的晶格容易被破坏而导致材料的分解。所以很多科学研究者从材料结构设计以及器件设计方面着手，在一定程度上改善了钙钛矿太阳能电池的稳定性。本专利技术则是通过在钙钛矿前驱液中添加长烷基链疏水性分子这种简单有效的的途径来改善钙钛矿的成膜质量，同时又能提高钙钛矿薄膜的抗水能力，增加钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题是针对现有的钙钛矿太阳能电池在一定湿度下的不稳定性问题，提出在钙钛矿前驱液中添加长烷基链疏水性分子的方案，从而改善钙钛矿薄膜的成膜质量，提高其疏水性能和抗水能力，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率和稳定性。本专利技术所提供的技术方案具体如下：一种疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；（2）在清洗后的透明导电衬底上制备金属氧化物电子传输层，退火处理；（3）按摩尔比1：1将CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，其中，二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4：1；然后添加相当于CH3NH3I 1~8%摩尔量的正辛基三甲氧基硅烷，室温下搅拌2小时，得到钙钛矿前驱体溶液；将配置好的钙钛矿前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在经退火处理的金属氧化物电子传输层上，在基片旋转过程中，滴加不溶解钙钛矿材料的有机溶剂；甩好后先在65摄氏度下退火2分钟，再在100摄氏度下退火10分钟，得到钙钛矿吸光层；（4）在钙钛矿吸光层上旋涂一层空穴传输层；（5）在空穴传输层上蒸发制备金属电极层。所述的透明导电衬底为FTO导电玻璃。所述的CH3NH3I在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中的浓度为1.38 mol/L。所述的金属氧化物电子传输层为SnO2薄膜。所述步骤（2）具体为：首先将0.1 mol/L的SnCl2•2H2O乙醇溶液搅拌10~40分钟，得到金属氧化物前驱体溶液；将配置好的金属氧化物前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在清洗干净的透明导电衬底上；最后在180摄氏度条件下退火1小时，得到金属氧化物电子传输层。所述步骤（4）具体包括以下步骤：首先配置含68 mM的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、26 mM 的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和55 mM的4-叔丁基吡啶的空穴传输层前驱体溶液，溶剂是体积比为10：1的氯苯/乙腈混合液；然后将配置好的空穴传输层前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在钙钛矿吸光层上，形成空穴传输层。所述的金属电极层为金电极。一种疏水性钙钛矿太阳能电池，由上述疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法制备得到。上述疏水性钙钛矿太阳能电池在光电领域中的应用。本专利技术通过在钙钛矿中添加长烷基链的疏水性分子的简单方法，改善钙钛矿薄膜的成膜质量，提高其抗水能力，从而实现高效和稳定的钙钛矿太阳能电池，有利于技术的应用和推广。通过该方法我们制备出了超过14%光电转换效率的钙钛矿太阳能电池，最为突出的是基于该方法制备出的钙钛矿太阳能电池具有非常好的稳定性。经过长达2000个小时的稳定性测试，器件还保持刚开始测到的效率的80%以上。稳定性和效率明显优于没有添加剂制备出的钙钛矿器件本专利技术具有以下优点和有益效果是：1）在钙钛矿前驱液中添加长烷基链的疏水性分子可以在一定程度上增加钙钛矿前驱液的粘稠性，从而避免一步法制备钙钛矿薄膜容易出现收缩的问题；2）使用添加剂可以有效改善钙钛矿薄膜的成膜质量（钙钛矿薄膜表面更加平整光滑、晶粒分布更加均匀），进而可以提高器件的光电转换性能；3）疏水性分子的引用可以提高钙钛矿薄膜的抗水能力，这在提高钙钛矿太阳能电池的稳定性方面意义重大。附图说明图1是钙钛矿太阳能电池的器件结构图，其中，1—透明导电衬底，2—金属氧化物电子传输层，3—钙钛矿吸光层，4—空穴传输层，5—金属电极层。图2 是实施例1制得的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。图3 是实施例1制得的钙钛矿吸光层表面的扫描电镜图。图4 是实施例1制得的钙钛矿吸光层的水接触角测试结果图。图5 是实施例1制得的钙钛矿太阳能电池效率的长期稳定性结果图。图6 是实施例2制得的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。图7 是实施例2制得的钙钛矿吸光层表面的扫描电镜图。图8 是实施例3制得的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。图9 是实施例3制得的钙钛矿吸光层材料表面的扫描电镜图。图10 是实施例3制得的钙钛矿吸光层的水接触角测试结果图。图11 是实施例3制得的钙钛矿太阳能电池的长期稳定性结果图。图12 是实施例4制得的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。图13 是实施例4制得的钙钛矿吸光层表面的扫描电镜图。图14 是实施例5制得的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图.图15 是实施例5制得的钙钛矿吸光层材料表面的扫描电镜图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步描述，该描述只是为了更好的说明本专利技术而不是对其进行限制。本专利技术并不限于这里所描述的特殊实例和实施方案。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本专利技术精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，都落入本专利技术的保护范围。实施例11）清洗：首先对FTO导电玻璃进行清洗、吹干。先将尺寸大小合适的FTO导电玻璃用清洁剂清洗干净，再用去离子水冲洗。然后将其放入超声波清洗器中依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗，最后用氮气吹干，即可得到实验所需的表面干净的FTO导电玻璃衬底。2）金属氧化物电子传输层的制备：将0.1mol/L的SnCl2•2H2O乙醇溶液搅拌30分钟，得到金属氧化物前驱体溶液；再将金属氧化物前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在清洗干净的透明导电衬底上；甩好后在180摄氏度条件下退火三十分钟，得到金属氧化物电子传输层；3）钙钛矿吸光层（CH3NH3PbI3层）的制备：钙钛矿前驱体溶液的配置：按摩尔比1：1CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺 (DMF)和二甲基亚砜（DMSO）本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；（2）在清洗后的透明导电衬底上制备金属氧化物电子传输层，退火处理；（3）按摩尔比1：1将CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，其中，二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4：1；然后添加相当于CH3NH3I 1~8%摩尔量的正辛基三甲氧基硅烷，室温下搅拌2小时，得到钙钛矿前驱体溶液；将配置好的钙钛矿前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在经退火处理的金属氧化物电子传输层上，在基片旋转过程中，滴加不溶解钙钛矿材料的有机溶剂；甩好后先在65摄氏度下退火2分钟，再在100摄氏度下退火10分钟，得到钙钛矿吸光层；（4）在钙钛矿吸光层上旋涂一层空穴传输层；（5）在空穴传输层上蒸发制备金属电极层。
【技术特征摘要】
1.一种疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；（2）在清洗后的透明导电衬底上制备金属氧化物电子传输层，退火处理；（3）按摩尔比1：1将CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中，其中，二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4：1；然后添加相当于CH3NH3I 1~8%摩尔量的正辛基三甲氧基硅烷，室温下搅拌2小时，得到钙钛矿前驱体溶液；将配置好的钙钛矿前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在经退火处理的金属氧化物电子传输层上，在基片旋转过程中，滴加不溶解钙钛矿材料的有机溶剂；甩好后先在65摄氏度下退火2分钟，再在100摄氏度下退火10分钟，得到钙钛矿吸光层；（4）在钙钛矿吸光层上旋涂一层空穴传输层；（5）在空穴传输层上蒸发制备金属电极层。2.根据权利要求1所述的疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的透明导电衬底为FTO导电玻璃。3.根据权利要求1所述的疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述的CH3NH3I在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂中的浓度为1.38 mol/L。4.根据权利要求1所述的疏水性钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：方国家，杨光，雷红伟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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