一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括：(a)选取衬底基片并进行预处理；其中，所述衬底基片设有阴极电极；(b)在所述衬底基片上生长电子传输层；(c)在所述电子传输层上制备钙钛矿吸光层；(d)在所述钙钛矿吸光层上淀积

A perovskite solar cell and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于新能源
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着人类社会的发展，其对能源的需求和消费日益增加，煤、石油和天然气等传统能源不仅造成了严重的环境污染，也使能源供给出现了极大的危机。为了保障人类的生存和发展，寻求绿色环保、可持续的能源成为当务之急，直接将太阳能转化为电能或其他形式的能量正在成为一种非常重要的逐步取代化石燃料的方式。近年来，有机无机钙钛矿太阳能电池由于其高的光电转化效率、可大面积柔性制备等优势，已迅速发展成为新兴光伏技术的前沿，有望成为新一代最具市场潜力的高效率、低成本太阳能电池。目前，具有高光电转化效率的钙钛矿电池大多是基于有空穴传输层的器件结构得到的。空穴传输材料(HTM)作为钙钛矿太阳能电池空穴传输层这一重要功能层材料，在钙钛矿电池的飞速发展中功不可没，它有提取和传输空穴，并且阻挡电子的重要作用。其中，应用较广泛的钙钛矿电池大多采用2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)和聚三芳胺(PTAA)等作为空穴传输材料。而这类材料由于合成步骤多，成本高，且本征导电率和迁移率较低，在应用于电池器件时，要获得高的光电转化效率，必须加入诸如双三氟甲基磺酰亚胺锂Li-TFSI、叔丁基吡啶tBP、FK209-Co(III)-TFSI钴盐等P-型添加剂来对spiro-OMeTAD进行氧化，生成自由载流子来提高其电导率和迁移率。但是，此类添加剂一方面具有较强的吸湿性，容易吸收水分子侵蚀钙钛矿层和空穴传输层；另一方面，锂盐对spiro-OMeTAD的氧化反应主要依赖于环境中的光和氧气，这就造成了器件较差的稳定性和可重复性；此外，叔丁基吡啶是路易斯碱，会与PbI2反应生成络合物而破坏钙钛矿的晶体结构。由此可见，p-型添加剂的使用不仅会影响电池的光电转化效率、寿命和稳定性，也增加了器件制备的成本和工艺的复杂性，制约了钙钛矿电池的商业化发展。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：(a)选取衬底基片并进行预处理；其中，所述衬底基片设有阴极电极；(b)在所述衬底基片上生长电子传输层；(c)在所述电子传输层上制备钙钛矿吸光层；(d)在所述钙钛矿吸光层上淀积Base衍生物有机空穴传输材料以形成空穴传输层；(e)在所述空穴传输层上制作阳极以完成所述钙钛矿太阳能电池的制备。在本专利技术的一个实施例中，步骤(a)包括：(a1)选取带有金属氧化物薄膜电极的衬底基片；(a2)将所述衬底基片依次用清洗剂、去离子水和无水乙醇进行超声清洗，完成后用氮气枪吹干；(a3)将所述衬底基片置于紫外臭氧环境中。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)将配制好的SnO2前驱体溶液或者TiO2前驱体溶液旋涂在所述衬底基片上；(b2)将整个所述衬底基片置于热台上退火以形成电子传输层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(c)包括：(c1)在所述电子传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液；其中，旋涂转速为1000～6000r/min，旋涂时间为5～50s；(c2)将整个所述衬底基片在氮气气氛下置于热台上退火以形成钙钛矿吸光层，其中，退火温度为90～300℃，退火时间为5～30min。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d)包括：(d1)制备Base衍生物有机空穴传输材料的前驱体溶液；(d2)将制备好的Base衍生物有机空穴传输材料的前驱体溶液旋涂在所述钙钛矿吸光层上，以形成所述空穴传输层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d1)包括：(d11)将所述Base衍生物有机空穴传输材料溶解在氯苯或甲苯溶液中，得到混合溶液；(d12)将所述混合液在室温下搅拌使所述Base衍生物有机空穴传输材料充分溶解以得到澄清的Base衍生物有机空穴传输材料的前驱体溶液。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d2)包括：将所述Base衍生物有机空穴传输材料的前驱体溶液旋涂在所述钙钛矿吸光层上，其中，旋涂转速为1000～5000r/min，旋涂的时间为20～60s。在本专利技术的一个实施例中，所述Base衍生物有机空穴传输材料为TBBN1、TBBN2或者TBNN。在本专利技术的一个实施例中，步骤(e)包括：在所述空穴传输层上蒸镀100～200nm金属电极，以完成所述钙钛矿太阳能电池的制备。本专利技术的另一个实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池，其结构自下而上依次包括衬底、阴极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及阳极，其中，所述空穴传输层为无掺杂Base衍生物有机空穴传输层，所述钙钛矿太阳能电池由上述实施例所述的制备方法形成。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池制备方法通过采用无掺杂base衍生物空穴传输材料制备钙钛矿太阳能电池，可以改善钙钛矿吸光层与空穴传输层的界面特性，提高界面空穴传输效率，减少界面载流子复合，提高阳极空穴收集效率，最终实现钙钛矿电池的高光电转化效率；同时，由于省去了p-型添加剂的使用，从而避免了添加剂及水分子对钙钛矿层和空穴传输层的侵蚀，大大提高了电池的稳定性和寿命；2、本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池制备工艺简单，可以实现大面积薄膜制备，也可与柔性衬底兼容，且成本较低，有利于进行钙钛矿电池的商业化大规模制备生产。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；图2是本专利技术实施例提供的Base衍生物空穴传输材料的分子结构图；图3是本专利技术实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池结构示意图，图4a～4e是本专利技术实施例提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法示意图；图5是本专利技术实施例提供的钙钛矿太阳能电池的稳定性曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1是本专利技术实施例提供的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；包括：(a)选取衬底基片并进行预处理；其中，所述衬底基片设有阴极电极；在本实施例中，衬底基片可以为玻璃、石英、柔性PET或柔性PEN的任意一种，使入射光从衬底一侧进入器件中。具体的，步骤(a)包括：(a1)选取带有金属氧化物薄膜电极的衬底基片；具体的，金属氧化物薄膜电极可以为氟掺杂氧化锡FTO、锡掺杂氧化铟ITO或铝掺杂氧化锌AZO中的任意一种，其作为阴极电极设置在衬底入射光的另一侧，用于收集电子。(a2)将所述衬底基片依次用清洗剂、去离子水和无水乙醇进行超声清洗，完成后用氮气枪吹干；具体的，将刻蚀好的钙钛矿太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：/n(a)选取衬底基片并进行预处理；其中，所述衬底基片设有阴极电极；/n(b)在所述衬底基片上生长电子传输层；/n(c)在所述电子传输层上制备钙钛矿吸光层；/n(d)在所述钙钛矿吸光层上淀积

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
(a)选取衬底基片并进行预处理；其中，所述衬底基片设有阴极电极；
(b)在所述衬底基片上生长电子传输层；
(c)在所述电子传输层上制备钙钛矿吸光层；
(d)在所述钙钛矿吸光层上淀积Base衍生物有机空穴传输材料以形成空穴传输层；
(e)在所述空穴传输层上制作阳极以完成所述钙钛矿太阳能电池的制备。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(a)包括：
(a1)选取带有金属氧化物薄膜电极的衬底基片；
(a2)将所述衬底基片依次用清洗剂、去离子水和无水乙醇进行超声清洗，完成后用氮气枪吹干；
(a3)将所述衬底基片置于紫外臭氧环境中。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)包括：
(b1)将配制好的SnO2前驱体溶液或者TiO2前驱体溶液旋涂在所述衬底基片上；
(b2)将整个所述衬底基片置于热台上退火以形成电子传输层。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)包括：
(c1)在所述电子传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液；其中，旋涂转速为1000～6000r/min，旋涂时间为5～50s；
(c2)将整个所述衬底基片在氮气气氛下置于热台上退火以形成钙钛矿吸光层，其中，退火温度为90～300℃，退火时间为5～30min。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(d)包括：
(d...

【专利技术属性】
技术研发人员：习鹤，朱伟佳，张春福，吕玲，曹艳荣，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61