一种CuTe纳米晶提高钙钛矿太阳能电池光电流的组装方法技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池工艺领域，具体为一种具有宽表面等离子体共振吸收峰的非贵金属CuTe纳米晶应用于钙钛矿太阳能电池的组装方法。与商业化硅太阳能电池相比，有机

【技术实现步骤摘要】
一种CuTe纳米晶提高钙钛矿太阳能电池光电流的组装方法


[0001]本专利技术涉及一种具有宽表面等离子体共振吸收的非贵金属纳米晶应用于钙钛矿太阳能电池的组装方法，属于钙钛矿太阳能电池领域。

技术介绍

[0002]自2009年钙钛矿太阳能电池问世以来，其光电转换效率不断提高，这使其成为实现高效率、低成本的商业化光伏应用的有力候选者。与商业化硅太阳能电池相比，CH3NH3PbI3钙钛矿材料的光学带隙较窄，光谱响应范围位于300～780 nm范围内，位于近红外区的大部分太阳光未能被有效利用。因此，如何有效提高钙钛矿太阳能电池的入射光利用率是提高钙钛矿太阳能电池效率的关键问题。
[0003]研究者们尝试利用局域表面等离激元共振（Local Surface Plasmon Resonance，LSPR）辅助设计太阳能电池，但大多数的研究仅限于贵金属纳米结构，贵金属纳米结构不仅成本高昂，其LSPR严重依赖于纳米结构的形状与尺寸。同时LSPR吸收波长范围主要集中在可见光区，无法有效提高钙钛矿太阳能电池在近红外区的光谱利用。

技术实现思路

[0004] 专利技术目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本专利技术提供用于碲化铜(CuTe)纳米晶/钙钛矿太阳能电池组装方法。CuTe 纳米晶可通过简易的化学法进行大规模制备，具有宽的LSPR吸收峰，能够有效耦合近红外区入射光形成强局域电场，提高钙钛矿材料的光捕获作用，促进产生光生载流子；同时CuTe纳米晶能够产生热电子并注入钙钛矿半导体材料中，提高钙钛矿太阳能电池的光电流，提高光电转换效率。本专利技术有利于协助钙钛矿太阳能电池突破Shockley
‑
Queisser极限。
[0005]技术方案：具有提高光电流效应的钙钛矿太阳能电池结构，包括FTO玻璃作透明导电衬底，TiO2作电子传输层，CH3NH3PbI3材料作吸收层，CuTe纳米晶提供LSPR效应，Spiro
‑
OMeTAD作为空穴传输层、Au作为电极。
[0006]一种利用LSPR效应提高光电流的钙钛矿太阳能电池及其组装方法，包括以下步骤：：（1）将导电基底依次用洗涤剂、去离子水和乙醇超声清洗，然后用氮气吹干，得到预处理基底；（2）将TiO2前驱体溶液旋涂在所述预处理基底表面，然后进行退火处理，形成TiO2电子传输层；（3）在所述TiO2电子传输层表面旋涂掺杂CuTe纳米晶的钙钛矿前驱体溶液，然后进行退火处理，形成CH3NH3PbI3/CuTe钙钛矿吸光层；（4）在所述CH3NH3PbI3/CuTe钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层前驱体溶液后氧化，形成Spiro
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OMeTAD空穴传输层，所述空穴传输层前驱体溶液包括2，2
′
，7，7
′‑
四[N，N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺二芴、氯苯、锂盐和四叔丁基吡啶；
（5）在所述空穴传输层表面沉积Au作为对电极，得到钙钛矿太阳能电池。
[0007]所述步骤（2）中退火处理的温度为500 ℃，所述退火处理的时间为30 min。
[0008]所述步骤（3）中掺杂的CuTe纳米晶提供LSPR效应。
[0009]所述步骤（3）中CuTe纳米晶粒径为10～20 nm。
[0010]所述步骤（3）中退火处理的温度为100 ℃，所述退火处理的时间为5 min。
[0011]所述步骤（4）中氧化时空气的相对湿度小于20％。
[0012]所述步骤（4）中氧化的时间为10～14 h。
[0013]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法得到的钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的FTO导电基底，TiO2电子传输层，CH3NH3PbI3/CuTe钙钛矿吸光层、Spiro
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OMeTAD空穴传输层和Au对电极。
[0014]所述CuTe纳米晶具有宽的LSPR吸收峰范围，其范围750
‑
2000 nm。
[0015]本专利技术提供了一种利用LSPR效应提高光电流的钙钛矿太阳能电池的制备方法，将导电基底依次用洗涤剂、去离子水和乙醇超声清洗，然后用氮气吹干，形成预处理基底；将TiO2前驱体溶液旋涂在所述预处理基底表面，然后进行退火处理，形成TiO2电子传输层；在TiO2电子传输层表面沉积掺杂CuTe纳米晶的钙钛矿前驱体溶液，然后进行退火处理，形成CH3NH3PbI3/CuTe钙钛矿吸光层；在CH3NH3PbI3：CuTe钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层前驱体溶液后氧化，形成空Spiro
‑
OMeTAD穴传输层，所述空穴传输层前驱体溶液包括2，2
′
，7，7
′‑
四[N，N
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二(4
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甲氧基苯基)氨基]‑
9，9
′‑
螺二芴、氯苯、锂盐和四叔丁基吡啶；在所述空穴传输层表面沉积Au作为对电极，得到钙钛矿太阳能电池。本专利技术引入CuTe纳米晶提供LSPR效应，制备钙钛矿太阳能电池，有利于促进CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层薄膜的光捕获能力、促进产生电子空穴对，在入射光作用下，CuTe纳米晶周围产生形成强局域电场，提升钙钛矿的光吸收率，提升电池短路电流且不会降低光电转换效率。实施例的数据表明，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池效率高，而且本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法简便，可控性极高，其中关键的CuTe纳米晶易于制备；同时同一批电池效率重复性好，降低了制备成本；较好的符合工业化生产的低成本要求，能够保证电池制备的成功率，高效利用各种材料与各种资源，实现最大化的效益。
附图说明
[0016]图1本专利技术实施例1提供的钙钛矿太阳能电池结构示意图。
[0017]图2本专利技术实施例1提供的CuTe纳米晶的透射电子显微镜图。
[0018]图3本专利技术实施例1提供的CuTe纳米晶的吸收光谱图。
[0019]图4本专利技术对比例以及实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的J
‑
V特性曲线图。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。
[0021]本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）将导电基底依次用洗涤剂、去离子水和乙醇超声清洗，然后用氮气吹干，得到预处理基底；（2）将TiO2前驱体溶液旋涂在所述预处理基底表面，然后退火处理，形成TiO2电子
传输层；（3）在所述TiO2电子传输层表面旋涂掺杂CuTe纳米晶的钙钛矿前驱体溶液，然后进行退火处理，形成CH3NH3PbI3/CuTe钙钛矿吸光层；（4）在所述CH3NH3PbI3/CuTe钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层前驱体溶液后氧化，形成Spiro
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OMeTAD空穴传输层，所述空穴传输层前驱体溶液包括2，2
′
，7，7
′‑
四[N，N
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征是从下到上依次包括透明底层基板(1)、透明导电衬底(2)、底部载流子传输层(3)、吸光活性层(4)、顶部载流子传输层(5)和顶电极层(6)；透明导电衬底(2)置于透明底层基板(1)的上表面，直接接触无连接层，底部载流子传输层(3)、吸光活性层(4)、顶部载流子传输层(5)和顶电极层(6)依次置于透明导电衬底(2)的上侧；所述吸光活性层(4)为掺杂碲化铜纳米材料的钙钛矿半导体材料APbX3，其中A为甲胺阳离子、甲脒阳离子或碱金属元素中的一种或多种；Pb元素来源于含铅有机盐或无机盐；X为卤族元素氯、溴、碘中的一种或多种；所述碲化铜纳米材料的掺杂浓度为APbX3的0.5mol%～1.5mol%。2.如权利要求1所述钙钛矿太阳能电池，其特征是，透明导电衬底(2)与顶电极层(6)分别为ITO透明电极、FTO透明电极、金属纳米线/氧化物混合透明电极、氧化物/金属/氧化物多级结构透明电极、合金、金属电极和碳材料电极中的一种或多种。3.如权利要求1所述钙钛矿太阳能电池，其特征是所述底部载流子传输层(3)与顶部载流子传输层(5)分别为二氧化钛、氧化锌、聚3,4
‑
乙撑二氧噻吩∶聚苯乙烯磺酸盐、氧化锌锡、二氧化锡、聚[双(4
‑
苯基) (4
‑
丁基苯基)胺、4
‑
丁基
‑
N,N
‑
二苯基苯胺均聚物、聚乙烯咔唑、金属酞箐分子材料、富勒烯、石墨烯、氧化镍、五氧化二钒、硫氰化铜、碘化亚铜、硫化锌、二硫化钼、氧化铬、氧化钼、富勒烯衍生物、2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]
‑
9,9'
‑
螺二芴、聚[双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺]、2,3,5,6
‑
四氟
‑
7,7',8,8'
‑
四氰二甲基对苯醌中的一种或多种。4.一种碲化铜纳米材料提高钙钛矿太阳能电...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴仰晴，隽方蓥，魏浩铭，曹丙强，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：