以Cr2O3为电子传输物质的钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种以Cr2O3为电子传输物质的钙钛矿太阳能电池的制备方法，步骤为：首先，通过置换反应制取油酸铬，然后将其溶解在一定量的有机溶剂里，通过旋涂的方式在耐高温透明导电基底上制备成薄膜，再于马弗炉中500‑600℃下煅烧成为Cr2O3薄膜；接着在Cr2O3薄膜上涂一层有机无机杂化钙钛矿光吸收层，然后涂空穴传输材料，最后蒸镀一层金属电极从而制得钙钛矿太阳能电池。太阳光由光阳极面入射。本发明专利技术制备方法简单，所组装的钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率和良好的长期稳定性。

To Cr

The invention discloses a Cr

【技术实现步骤摘要】
以Cr2O3为电子传输物质的钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及有机无机杂化钙钛矿太阳能电池新能源
，尤其是涉及以Cr2O3为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
钙钛矿进入人们视野已近两个世纪。但是其可将太阳能转化为电能的能力直到2009年才被发现，当时日本桐荫横滨大学的TsutomuMiyasaka教授将有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3作为吸光层加入到染料敏化太阳能电池(DSSCs)设备中，效率达3.8％。之后，2013年，瑞士联邦理工学院的JulianBurschka、NormanPellet、Soo-JinMoon等人将其作为可见光光敏剂制备了钙钛矿型薄膜太阳能电池，获得了15％的光电转化效率。而现今钙钛矿型薄膜太阳能电池的效率最高已越22.0％。拥有独特晶体结构的钙钛矿型薄膜太阳能电池有望改变太阳能产业的面貌。传统有机无机杂化钙钛矿太阳能电池多以TiO2、ZnO、SnO2为电子传输介质。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以Cr2O3为电子传输物质、具有良好长期稳定性和较高光电转换效率的钛矿太阳能电池的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术按照下述技术方案实现：一种以Cr2O3为电子传输物质的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)通过置换反应制备油酸铬，将油酸铬溶于有机溶剂中形成油酸铬混合溶液备用，其中所述油酸铬和有机溶剂的体积比为1:6-14；2)采用化学法或激光刻蚀并清洗耐高温透明导电基底，将所述油酸铬混合溶液旋涂于所述耐高温透明导电基底表面，旋涂过程为500-900rpm的速度旋涂2-8s，然后2000-4000rpm的速度旋涂15-25s，旋涂完毕后于500-600℃下煅烧20-40min，从而形成Cr2O3薄膜；刻蚀耐高温透明导电基底的目的是将电池的正负极分开，避免短路；3)将卤化铅和有机卤化铵盐溶于溶剂中配制成有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液，然后旋涂于所述Cr2O3薄膜表面，于80-140℃下退火10-60min使得钙钛矿结晶得到有机无机杂化钙钛矿光吸收层；4)于所述有机无机杂化钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；5)于所述空穴传输层表面形成金属电极层。优选的，所述置换反应制取油酸铬是将九水硝酸铬、油酸钠溶于由无水乙醇、蒸馏水、环己烷组成的混合溶液中，60-80℃回流3-5h，然后分离出有机层，用60-80℃热水将杂质洗净得到。优选的，所述九水硝酸铬、油酸钠、无水乙醇、蒸馏水、环己烷的摩尔体积比为0.04mol:0.12-0.15mol:60-100mL:40-80mL:120-160mL。步骤1)中，所述有机溶剂能够溶解或分散油酸铬，优选为是甲苯、环己烷或氯苯。优选的，所述有机无机杂化钙钛矿包括CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbI2Cl、CH3NH3PbICl2、CH3NH3PbI2Br、CH3NH3PbIBr2、CH3NH3PbIClBr、(CH3NH3)0.17(CH(NH2)2)0.83Pb(I0.83Br0.17)3、CH(NH2)2PbIxCl3-x(3≥x≥0)、Cs0.05((CH3NH3)0.17(CH(NH2)2)0.83)0.95Pb(I0.83Br0.17)3。；所述有机无机杂化钙钛矿光吸收层能级状态与Cr2O3匹配。优选的，步骤3)中，所述旋涂过程为800-1500rpm的低速旋涂2-8s，然后3000-6000rpm的高速旋涂15-25s，在高速时滴加0.5-1.5mL乙醚或者0.1-0.2mL氯苯。优选的，所述空穴传输层选自有机小分子空穴传输材料2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、聚-3-己基噻吩、聚噻吩乙酸或无机空穴传输材料CuGaO2、Cu2BaSnS4、CuI、CuInS、NiO、CuSCN；所述空穴传输层材料能级状态与所述有机无机杂化钙钛矿光吸收层材料匹配。所述耐高温透明导电基底具有良好的导电能力并能够承受将前驱物油酸铬煅烧为Cr2O3所需的温度，优选为FTO。优选的，所述金属电极层是Au或Ag，具有优良的导电性能并保证在组装好电池后能将产生的电能运输到外电路，厚度为80-120nm。本专利技术所制备的Cr2O3薄膜具有较高的透光性，保证太阳光可以透过光阳极被钙钛矿层吸收，从而产生光电流。本专利技术以Cr2O3为电子传输物质。本专利技术所制备的Cr2O3薄膜具有较高的透光性，并且具有优良的电子提取能力，既保证了太阳光可以透过光阳极被钙钛矿层吸收，又可将其产生的光电子传输到导电基底上从而使整个回路流通。采用Cr2O3为电子传输物质制备的钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、稳定性良好、使用寿命较长的特点，并且可获得较高的光电转换效率。以下实施例对本专利技术做进一步说明，但本专利技术不局限于实施例。具体实施方式一种以Cr2O3为电子传输物质的钙钛矿太阳能电池的制备方法按照下述技术方案实现：将九水硝酸铬、油酸钠溶于由无水乙醇、蒸馏水、环己烷组成的混合溶液中，60-80℃回流3-5h，通过置换反应制得油酸铬，其中九水硝酸铬、油酸钠、无水乙醇、蒸馏水、环己烷的摩尔体积比为0.04mol:0.12-0.15mol:60-100mL:40-80mL:120-160mL，然后分离出有机层，用60-80℃热水将杂质洗净，将制得的油酸铬溶于有机溶剂中形成油酸铬混合溶液备用，其中有机溶剂能够溶解或分散油酸铬，优选为甲苯、环己烷或氯苯，油酸铬和有机溶剂的体积比为1:6-14。接着，采用化学法或激光刻蚀并清洗耐高温透明导电基底，耐高温透明导电基底具有良好的导电能力并能够承受将前驱物油酸铬煅烧为Cr2O3所需的温度，优选为FTO，刻蚀耐高温透明导电基底的目的是将电池的正负极分开，避免短路；将所述油酸铬混合溶液旋涂于所述耐高温透明导电基底表面，旋涂过程为500-900rpm的速度旋涂2-8s，然后2000-4000rpm的速度旋涂15-25s，旋涂完毕后于500-600℃下煅烧20-40min，从而形成Cr2O3薄膜。此后，将卤化铅和有机卤化铵盐溶于溶剂中配制成有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液，然后旋涂于所述Cr2O3薄膜表面，于80-120℃下退火10-20min使得钙钛矿结晶得到有机无机杂化钙钛矿光吸收层；所述有机无机杂化钙钛矿能级状态与Cr2O3匹配，优选为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbI2Cl、CH3NH3PbICl2、CH3NH3PbI2Br、CH3NH3PbIBr2、CH3NH3PbIClBr、(CH3NH3)0.17(CH(NH2)2)0.83Pb(I0.83Br0.17)3、CH(NH2)2PbIxCl3-x(3≥x≥0)、Cs0.05((CH3NH3)0.17(CH(NH2)2)0.83)0.95Pb(I0.83Br0.17)3；所述旋涂过程为800-1500rpm的低速旋涂2-8s，然后3000-5000rpm的高速旋涂15-25s，在高速时滴加0.5-1.5mL乙醚或者0.1-0.2mL氯苯。于所述有机无机杂化钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层，所述空穴传输层材料能级状态与所述有机无机杂化钙本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以Cr

【技术特征摘要】
1.一种以Cr2O3为电子传输物质的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)通过置换反应制备油酸铬，将油酸铬溶于有机溶剂中形成油酸铬混合溶液备用，其中所述油酸铬和有机溶剂的体积比为1:6-14；2)刻蚀并清洗耐高温透明导电基底，将所述油酸铬混合溶液旋涂于所述耐高温透明导电基底表面，旋涂过程为500-900rpm的速度旋涂2-8s，然后2000-4000rpm的速度旋涂15-25s，旋涂完毕后于500-600℃下煅烧20-40min，从而形成Cr2O3薄膜；3)将卤化铅和有机卤化铵盐溶于溶剂中配制成有机无机杂化钙钛矿前驱体溶液，然后旋涂于所述Cr2O3薄膜表面，于80-140℃下退火10-60min使得钙钛矿结晶得到有机无机杂化钙钛矿光吸收层；4)于所述有机无机杂化钙钛矿光吸收层表面形成空穴传输层；5)于所述空穴传输层表面形成金属电极层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述置换反应制取油酸铬是将九水硝酸铬、油酸钠溶于由无水乙醇、蒸馏水、环己烷组成的混合溶液中，60-80℃回流3-5h，然后分离出有机层，用60-80℃热水将杂质洗净得到。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述九水硝酸铬、油酸钠、无水乙醇、蒸馏水、环己烷的摩尔体积比为0.04mol:0.12-0.15mol:60-100mL:40-80mL:120-160mL。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤1)中...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴季怀，董佳，贾金彪，鲍泉琳，葛金花，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：福建,35