一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括依次层叠设置的导电基底、电子传输层、碱金属硫氰酸盐修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极。本发明专利技术采用碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层，一方面碱金属硫氰酸盐能够钝化电子传输层表面缺陷，提高电荷传输能力；另一方面，碱金属硫氰酸能够扩散进入钙钛矿中，提高钙钛矿结晶度以及钙钛矿与电子传输层之间的界面基础，改善器件的性能与稳定性。实验结果表明：钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为18.41～18.83％。18.83％。

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，尤其涉及一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池以其低成本高效率的优势，成为最具产业化潜力的新型光伏技术。在钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿吸收层与电荷传输层之间的界面接触对于整个太阳能电池器件的性能和稳定性起到至关重要的作用。
[0003]常用的电子传输层例如二氧化钛、二氧化锡等本身与钙钛矿层结合较弱，而且界面载流子传输损耗较大，最终影响了器件的性能和稳定性。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率。
[0005]本专利技术提供了一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电基底、电子传输层、碱金属硫氰酸盐修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极。
[0006]在本专利技术中，所述导电基底选自FTO或ITO导电玻璃，方阻为7～15Ωsq
‑1。
[0007]在本专利技术中，所述电子传输层为二氧化锡或二氧化钛；电子传输层的厚度为10～30nm。
[0008]在本专利技术中，所述碱金属硫氰酸盐选自硫氰酸钠、硫氰酸钾和硫氰酸铯中的一种或多种。
[0009]在本专利技术中，所述碱金属硫氰酸盐修饰层的厚度为3～10nm。
[0010]在本专利技术中，所述钙钛矿吸光层为卤化物钙钛矿，晶体结构为ABX3，所述A选自有机阳离子或无机阳离子，所述B选自二价金属离子；所述X为卤素离子。
[0011]在本专利技术中，所述A选自甲脒离子、甲胺离子或铯离子；
[0012]所述B选自铅离子或锡离子；
[0013]所述卤素离子选自碘离子、溴离子或氯离子。
[0014]在本专利技术中，所述电极为金属电极、碳电极或石墨电极；
[0015]所述电极的厚度为50～150nm。
[0016]在本专利技术中，所述钙钛矿吸光层的厚度为200～500nm。
[0017]在本专利技术中，所述空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD或PTAA；
[0018]所述空穴传输层的厚度为100～300nm。
[0019]本专利技术提供了一种上述技术方案所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0020]在导电基底上形成电子传输层；
[0021]在所述电子传输层上形成碱金属硫氰酸盐修饰层；
[0022]在所述碱金属硫氰酸盐修饰层上制备钙钛矿吸光层；
[0023]在所述钙钛矿吸光层上形成空穴传输层；
[0024]在所述空穴传输层上制备电极，得到钙钛矿太阳能电池。
[0025]在本专利技术中，所述在所述电子传输层上形成碱金属硫氰酸盐修饰层具体包括：
[0026]将碱金属硫氰酸盐溶液涂覆至电子传输层上，热处理；
[0027]所述碱金属硫氰酸盐溶液的浓度为0.5～10mg/mL；
[0028]所述热处理的温度为80～150℃，热处理的时间为5～30min。
[0029]本专利技术提供了一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电基底、电子传输层、碱金属硫氰酸盐修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极。本专利技术采用碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层，一方面碱金属硫氰酸盐能够钝化电子传输层表面缺陷，提高电荷传输能力；另一方面，碱金属硫氰酸能够扩散进入钙钛矿中，提高钙钛矿结晶度以及钙钛矿与电子传输层之间的界面基础，改善器件的性能与稳定性。实验结果表明：钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为18.41～18.83％。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率曲线图；
[0031]图2为本专利技术实施例2制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率曲线图；
[0032]图3为本专利技术实施例3制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率曲线图；
[0033]图4为本专利技术对比例1制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率曲线图。
具体实施方式
[0034]为了进一步说明本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本专利技术保护范围的限定。
[0035]实施例1
[0036]依次用丙酮、异丙醇、去离子水清洗FTO玻璃衬底，吹干后利用紫外
‑
臭氧处理20分钟。将4.5mL四氯化钛逐滴滴加到200mL冰水中，混合均匀制备四氯化钛溶液，将FTO玻璃放入四氯化钛溶液中，置于70℃烘箱中60分钟，取出后用去离子水和无水乙醇冲洗干净，180℃退火30分钟。将5mg硫氰酸钾溶于5mL无水乙醇中，取100微升滴在二氧化钛传输层上，4000rpm旋涂20s，100℃退火20分钟。在氮气手套箱中制备CsPbI3钙钛矿前驱体溶液，浓度为0.7mol/L，CsI、PbI2和DMAI的摩尔比为1:1:1，溶剂为DMF。取50微升钙钛矿前驱体溶液滴在修饰层上，3000rpm旋涂30s，180℃退火20分钟。将Spiro
‑
OMeTAD 3000rpm旋涂30s制备在钙钛矿层上。最后，通过真空蒸镀的方法，制备～70nm厚的银电极，真空度低于10
‑4Pa，沉积速率
[0037]本专利技术实施例1制备的钙钛矿太阳能电池中电子传输层的厚度为20nm，硫氰酸钾的厚度为3nm，钙钛矿层的厚度为400nm，空穴传输层的厚度为200nm，银电极的厚度为70nm。
[0038]实施例2
[0039]与实施例1不同之处在于，将硫氰酸钾替换为硫氰酸钠。
[0040]实施例3
[0041]与实施例1不同之处在于，将硫氰酸钾替换为硫氰酸酸铯。
[0042]对比例1
[0043]与实施例1不同之处在于，未制备硫氰酸钾修饰层。
[0044]性能检测
[0045]室温条件下，利用3A太阳光模拟器，在100mW/cm2光强下，用KEITHLEY 2400源表测试制备电池的光电转换效率，电池有效面积为0.09cm2。
[0046]测试结果如图1～图4所示：实施例1制备得到的电池的短路电流密度19.72mA/cm2，开路电压1.17V，填充因子81.34％，光电转换效率18.83％；
[0047]实施例2制备得到的电池的短路电流密度19.74mA/cm2，开路电压1.16V，填充因子80.09％，光电转换效率18.41％。
[0048]实施例3制备得到的电池的短路电流密度20.83mA/cm2，开路电压1.15V，填充因子78.28％，光电转换效率18.75％；
[0049]对比例1制备得到的电池的短路电流密度19.71mA/cm2，开路电压1.11V，填充因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱金属硫氰酸盐修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电基底、电子传输层、碱金属硫氰酸盐修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碱金属硫氰酸盐选自硫氰酸钠、硫氰酸钾和硫氰酸铯中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碱金属硫氰酸盐修饰层的厚度为3～10nm。4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为卤化物钙钛矿，晶体结构为ABX3，所述A选自有机阳离子或无机阳离子，所述B选自二价金属离子；所述X为卤素离子。5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述A选自甲脒离子、甲胺离子或铯离子；所述B选自铅离子或锡离子；所述卤素离子选自碘离子、溴离子或氯离子。6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极为金属电极、碳电极或石墨电极；所述电极的厚度为50～150nm。...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兴涛，赵志国，蔺子甄，秦校军，赵东明，张迟，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：