一种异质结光吸收层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异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法，分别利用电子传输层材料和空穴传输层材料对钙钛矿太阳能电池中的光吸收层进行掺杂，制备n型掺杂和P型掺杂的异质结钙钛矿太阳能电池光吸收层。主要包括以下几个方面：制备n型钙钛矿光吸收层；制备p型钙钛矿光吸收层；制备异质结钙钛矿太阳能电池光吸收层。在同电子传输层接触部分的光吸收层中引入n型半导体材料TiO2掺杂，实现光吸收层中电子的快速提取；在同空穴传输层接触部分的光吸收层中引入p型有机半导体材料Spiro

【技术实现步骤摘要】
一种异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池器件的制备
，具体涉及一种异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池是一种以有机
‑
无机杂化钙钛矿结构材料为光吸收层的新型太阳能电池。钙钛矿光吸收层具有高的载流子迁移率、长的扩散长度、大的吸收系数、高的缺陷容忍度等优点。通常的钙钛矿太阳能电池器件的结构主要为电极/电子传输层/光吸收层/空穴传输层/电极，电子传输层/光吸收层以及光吸收层/空穴传输层之间的界面存在很强的界面效应，影响电子和空穴的提取和传输，进而影响太阳能电池的效率。

技术实现思路

[0003]本专利技术解决的技术问题是提供了一种异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法分别利用n型半导体材料TiO2和p型半导体材料Spiro
‑
OMeTAD对钙钛矿太阳能电池中的光吸收层进行掺杂，最终制备n型掺杂和P型掺杂的异质结光吸收层，以便实现钙钛矿太阳能电池性能的进一步提高。
[0004]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S100：制备n型半导体材料TiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液步骤S101：将锐钛矿相的TiO2纳米颗粒分散在氯仿与无水乙醇的混合溶剂中制备浓度不超过5wt%的纳米TiO2前驱液；步骤S102：称量CH3NH3I和PbI2试剂并将两者溶解于DMF和DMSO的混合溶剂中，然后用磁力搅拌器于50
‑
60℃搅拌10
‑
15h得到浓度为1.5
‑
1.8mol/mL的澄清钙钛矿光吸收层前驱液；步骤S103：将步骤S101制得的TiO2前驱液和步骤S102制得的钙钛矿光吸收层前驱液按照体积比1
‑
10:100混合，再于50
‑
60℃搅拌1
‑
2h，将搅拌后的混合溶液用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤器进行过滤，得到n型半导体材料TiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液；步骤S200：制备P型有机半导体材料Spiro
‑
OMeTAD掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液步骤S201：将Spiro
‑
OMeTAD用氯苯溶解制得浓度不超过10wt%的spiro
‑
OMeTAD前驱液；步骤S202：将CH3NH3I和PbI2混合后溶解于DMF和DMSO的混合溶剂中，然后用磁力搅拌器于50
‑
60℃搅拌10
‑
15h得到浓度为1.5
‑
1.8mol/mL的澄清钙钛矿光吸收层前驱液；步骤S203：将步骤S201制得的Spiro
‑
OMeTAD前驱液和步骤S202制得的钙钛矿光吸收层前驱液按照体积比1
‑
10:100混合，再于50
‑
60℃搅拌1
‑
2h，然后用0.45μm规格的聚四氟
乙烯过滤器进行过滤，得到p型有机半导体材料Spiro
‑
OMeTAD掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液；步骤S300：制备空穴传输层前驱液步骤S301：将Spiro
‑
OMeTAD溶于氯苯，然后添加锂盐和TBP，其中锂盐浓度为500
‑
520mg mL
‑1，溶剂为乙腈，于室温搅拌3
‑
5h，然后用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤头进行过滤得到空穴传输层前驱液；步骤S400：ITO基片的清洗步骤S500：制备异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池步骤S501：在步骤S400得到的ITO基片上涂覆氯包覆的二氧化钛纳米胶体溶液，制备电子传输层，旋凃参数为：旋涂转速3000
‑
4000rpm、旋凃时间30
‑
40s，旋凃结束后放置于加热台上于140
‑
150℃加热20
‑
30min；步骤S502：用移液枪量取20
‑
30μL经过步骤S103制备的n型半导体材料TiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液，涂覆在经过步骤S501制备的电子传输层上，旋涂参数为：5000
‑
6000rpm旋凃20
‑
30s，在旋凃第5
‑
8s时滴加80
‑
100μL氯苯，旋凃结束后将得到的薄膜放置在加热台上于90
‑
100℃退火30min形成体异质结电子掺杂型钙钛矿光吸收层；步骤S503：用移液枪量取20
‑
30μL经过步骤S203制备的p型有机半导体材料Spiro
‑
OMeTAD掺杂钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液，涂覆在经过步骤S502制备的电子掺杂型钙钛矿光吸收层上，旋涂参数为：5000
‑
6000rpm旋凃20
‑
30s，在旋凃第5
‑
8s时滴加80
‑
100μL氯苯，旋凃结束后将得到的薄膜放置在加热台上于100
‑
110℃退火20
‑
30min形成体异质结空穴掺杂型钙钛矿光吸收层，该体异质结空穴掺杂型钙钛矿光吸收层同体异质结电子掺杂型钙钛矿光吸收层组合，形成异质结钙钛矿太阳能电池光吸收层；步骤S504：用移液枪取20
‑
30μL经过步骤S301过滤的空穴传输层前驱液，涂覆在步骤S503制备的异质结钙钛矿太阳能电池光吸收层上，旋涂参数为：5000
‑
6000rpm旋涂20
‑
30s，再将制得的器件放置于湿度小于10%的恒温恒湿箱中氧化15
‑
20h；步骤S505：将经过步骤S504处理的器件放置于真空蒸镀仪中，待真空度大于4*10
‑5Pa时开始镀金形成金电极，金的蒸镀厚度为80
‑
100nm。
[0005]进一步限定，步骤S400的具体过程为：步骤S401：将ITO基片依次分别在去离子水、异丙醇、无水乙醇中超声洗涤15
‑
20min并重复1
‑
2次，以除去ITO基片上附着的水溶性杂质和有机性杂质；步骤S402：将超声洗涤后的ITO基片放入干燥箱中，于90
‑
100℃干燥15
ꢀ‑
20min；步骤S403：将ITO基片放入紫外臭氧机中，紫外照射臭氧10
‑
20min即得干净的ITO基片。
[0006]进一步限定，步骤S101中氯仿与无水乙醇的混合溶剂中氯仿与无水乙醇的体积比为1:1
‑
1.2；步骤S102中DMF和DMSO的混合溶剂中DMF与DMSO体积比为4:1；步骤S202中DMF和DMSO的混合溶剂中DMF与DMSO的体积比为4:1。
[0007]进一步限定，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S100：制备n型半导体材料TiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液步骤S101：将锐钛矿相的TiO2纳米颗粒分散在氯仿与无水乙醇的混合溶剂中制备浓度不超过5wt%的纳米TiO2前驱液；步骤S102：称量CH3NH3I和PbI2试剂并将两者溶解于DMF和DMSO的混合溶剂中，再用磁力搅拌器于50
‑
60℃搅拌10
‑
15h得到浓度为1.5
‑
1.8mol/mL的澄清钙钛矿光吸收层前驱液；步骤S103：将步骤S101制得的TiO2前驱液和步骤S102制得的钙钛矿光吸收层前驱液按照体积比1
‑
10:100混合，再于50
‑
60℃搅拌1
‑
2h，将搅拌后的混合溶液用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤器进行过滤，得到n型半导体材料TiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液；步骤S200：制备P型有机半导体材料Spiro
‑
OMeTAD掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液步骤S201：将Spiro
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OMeTAD用氯苯溶解制得浓度不超过10wt%的spiro
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OMeTAD前驱液；步骤S202：将CH3NH3I和PbI2混合后溶解于DMF和DMSO的混合溶剂中，再用磁力搅拌器于50
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60℃搅拌10
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15h得到浓度为1.5
‑
1.8mol/mL的澄清钙钛矿光吸收层前驱液；步骤S203：将步骤S201制得的Spiro
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OMeTAD前驱液和步骤S202制得的钙钛矿光吸收层前驱液按照体积比1
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10:100混合，再于50
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60℃搅拌1
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2h，然后用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤器进行过滤，得到p型有机半导体材料Spiro
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OMeTAD掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液；步骤S300：制备空穴传输层前驱液步骤S301：将Spiro
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OMeTAD溶于氯苯，然后添加锂盐和TBP，其中锂盐浓度为500
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520mg mL
‑1，溶剂为乙腈，于室温搅拌3
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5h，然后用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤头进行过滤得到空穴传输层前驱液；步骤S400：ITO基片的清洗步骤S500：制备异质结光吸收层钙钛矿太阳能电池步骤S501：在步骤S400得到的ITO基片上涂覆氯包覆的二氧化钛纳米胶体溶液，制备电子传输层，旋凃参数为：旋涂转速3000
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4000rpm、旋凃时间30
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40s，旋凃结束后放置于加热台上于140
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150℃加热20
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30min；步骤S502：用移液枪量取20
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30μL经过步骤S103制备的n型半导体材料TiO2掺杂的钙钛矿太阳能电池光吸收层前驱液，涂覆在经过步骤S501制备的电子传输层上，旋涂参数为：5000
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6000rpm旋凃20
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30s，在旋凃第5
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8s时滴加80
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100μL氯苯，旋凃结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张喜林，李鉴华，刘宇瑄，张艺，刘志勇，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：