一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，公开了一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池由上到下依次包括导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、植物色素有机修饰层、空穴传输层、金属电极层，通过在钙钛矿太阳能电池中设置植物色素有机修饰层，利用植物色素中未成键的孤对电子可以与钙钛矿活性层晶界和晶面上不配位的Pb

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池在短短几年内就实现了功率转换效率(PCEs)的快速增长，成为太阳能电池领域冉冉升起的新星。具有不同性能的有机
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无机杂化钙钛矿太阳能电池的PCE从2009年的3.8％增加到2023年的25.8％。钙钛矿太阳能电池凭借其钙钛矿吸光材料强的光吸收能力，低的非辐射复合率，可调的带隙，相对较高的载流子迁移率，较长的载流子扩散长度以及溶液法制备的可加工性等优点，使得其在光伏领域的研究得到了快速发展。
[0003]钙钛矿光吸收层是钙钛矿太阳能电池结构中的核心部件，光被钙钛矿材料吸收，通过光伏效应将光转变成电。钙钛矿吸光材料一般应具备相对较好的电化学稳定性、合适的带隙、宽的吸收光谱、高的载流子迁移率，并且应易于制备。在钙钛矿材料结构中可以通过改变晶体的化学结构改善载流子迁移率、晶体能级、吸收光谱来提高电池光伏性能。钙钛矿吸光材料的光谱吸收范围是280
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800nm波长的光，提高钙钛矿层的光谱吸收范围和吸收率，是提高转换效率的有效途径之一，但如何提高钙钛矿薄膜的光谱吸收范围和吸收率是一项技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池及其制备方法，通过在钙钛矿太阳能电池中设置植物色素有机修饰层，有效地提高了钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池，由上到下依次包括导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、植物色素有机修饰层、空穴传输层、金属电极层；所述植物色素有机修饰层是通过将含植物色素的前驱体溶液旋涂在钙钛矿光吸收层上表面。
[0007]进一步地，所述植物色素为叶绿酸、叶绿素、叶绿素A、竹叶色素、叶绿素铜络盐、叶绿酸铁钠盐、叶绿素锌钠、茶绿树、叶绿素铜、叶绿素铜钠、绿茶粉、菠菜色素、草莓绿色素、番茄红素、藏红花色素、甜椒红色素、辣椒橙色素、辣椒红色素、栀子黄色素、栀子绿色素、天然胡萝卜素、混合类胡萝卜素、玉米黄、胭脂俗橙色素、南瓜黄色素、沙棘黄、密蒙黄色素、柑橘披黄色素、苜蓿色素、万寿菊色素、银杏黄色素、柑橘黄、枸杞色素、苦瓜色素、蒲公英色素、虾青素、消旋虾青素、辣椒红素、a
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胡萝卜素、β
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胡萝卜素、β
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阿朴
‑8’‑
胡萝卜酸乙酯、β
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阿朴
‑8’‑
胡萝卜素醛、叶黄素、叶黄素双胭脂树素酯、叶黄素单胭脂树素酯、胭脂树素、斑蝥黄、藏红花酸、紫杉紫素中的任意一种。
[0008]一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一：对导电玻璃衬底进行清洗，使用氮气吹干后，进行紫外臭氧预处理，形成
厚度为导电玻璃衬底；
[0010]步骤二：在导电玻璃衬底上方制备厚度为20
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70nm的电子传输层；
[0011]步骤三：配制碘化铅混合溶液，将其旋涂在电子传输层的基底上制备碘化铅薄膜，在70℃的温度条件下退火10s，形成碘化铅薄膜；
[0012]步骤四：配置混合前驱体溶液，将其涂覆在碘化铅薄膜表面，在150℃的温度条件下退火15min，形成厚度为400
‑
900nm的钙钛矿光吸收层；
[0013]步骤五：配置含植物色素的前驱体溶液，随后将其旋涂在钙钛矿光吸收层上表面，在100℃的温度条件下退火10min，形成植物色素有机修饰层；
[0014]步骤六：在植物色素有机修饰层上方制备厚度为150
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300nm的空穴传输层；
[0015]步骤七：在空穴传输层上方制备厚度为50
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200nm的金属电极层。
[0016]进一步地，步骤二中，所述电子传输层的原料为氧化锌、二氧化锡、二氧化钛、富勒烯C60或者二氧化铈中的任意一种。
[0017]进一步地，步骤三中，所述碘化铅混合溶液包括固液比为600mg:9mg:900μL:100μL的碘化铅、氯化铅、N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜。
[0018]进一步地，步骤四中，所述前驱体溶液是将CH3NH3I、CH3NH3Br、CH3NH3Cl、CH(NH2)2I、CH(NH2)2Br、CH(NH2)2Cl、CsI、KI、CsCl、CsBr、CH3CH2NH3Cl、CH3CH2NH3Br、CH3CH2NH3I、CH3CH2CH2NH3I、CH3CH2CH2NH3Br、CH3CH2CH2NH3Cl中的任意一种或多种与异丙醇混合制得，浓度为10mg/mL。
[0019]进一步地，步骤五中，所述含植物色素的前驱体溶液是通过将植物色素与异丙醇混合制得，浓度为1
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50mg/mL。
[0020]进一步地，步骤七中，所述金属电极层是通过磁控溅射法或者热蒸发法制备。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术通过在钙钛矿太阳能电池中设置植物色素有机修饰层，利用植物色素中未成键的孤对电子可以与钙钛矿活性层晶界和晶面上不配位的Pb
2+
缺陷进行稳定结合的特点，起到减少缺陷的作用，进而提高晶界和晶面的稳定性，减少载流子的非辐射复合，从而达到提高载流子寿命的目的。植物色素在光照条件下，吸收一定频率的有色光后，分子内电子将会发生振动跃迁现象，由于这种吸光后的能级跃迁特性以及对不同频率光产生不同程度的跃迁特点，将其应用于钙钛矿太阳能电池中，可改善钙钛矿太阳能电池的吸光强度，提高电池对光的吸收能力。同时由于植物色素天然具有的特性，使得植物色素能够自发的进行光生伏特效应，参与钙钛矿活性层的光电转化活动，再经过两边的电子/空穴提取，由此提高钙钛矿太阳能电池的光电转换性能。
[0023]当然，实施本专利技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为本专利技术太阳能电池的结构示意图；
[0026]图2为本专利技术实施例1中修饰了植物色素有机修饰层的钙钛矿光吸收层和对比例1中钙钛矿吸收层的水接触角测试图；
[0027]图3为本专利技术实施例1和对比例1制备的太阳能电池的J
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V测试曲线图；
[0028]图4本专利技术实施例1实施例1中修饰了植物色素有机修饰层的钙钛矿光吸收层和对比例1中钙钛矿吸收层的紫外吸收光谱测试图；
[0029]图5为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池，其特征在于，由上到下依次包括导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿光吸收层、植物色素有机修饰层、空穴传输层、金属电极层；所述植物色素有机修饰层是通过将含植物色素的前驱体溶液旋涂在钙钛矿光吸收层上表面，再经退火处理形成。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池，其特征在于，所述植物色素为叶绿酸、叶绿素、叶绿素A、竹叶色素、叶绿素铜络盐、叶绿酸铁钠盐、叶绿素锌钠、茶绿树、叶绿素铜、叶绿素铜钠、绿茶粉、菠菜色素、草莓绿色素、番茄红素、藏红花色素、甜椒红色素、辣椒橙色素、辣椒红色素、栀子黄色素、栀子绿色素、天然胡萝卜素、混合类胡萝卜素、玉米黄、胭脂俗橙色素、南瓜黄色素、沙棘黄、密蒙黄色素、柑橘披黄色素、苜蓿色素、万寿菊色素、银杏黄色素、柑橘黄、枸杞色素、苦瓜色素、蒲公英色素、虾青素、消旋虾青素、辣椒红素、a
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胡萝卜素、β
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胡萝卜素、β
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阿朴
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胡萝卜酸乙酯、β
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阿朴
‑8’‑
胡萝卜素醛、叶黄素、叶黄素双胭脂树素酯、叶黄素单胭脂树素酯、胭脂树素、斑蝥黄、藏红花酸、紫杉紫素中的任意一种。3.一种如权利要求1所述的钙钛矿/色素敏化修饰太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：对导电玻璃衬底进行清洗，使用氮气吹干后，进行紫外臭氧预处理，形成厚度为导电玻璃衬底；步骤二：在导电玻璃衬底上方制备厚度为20
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70nm的电子传输层；步骤三：配制碘化铅混合溶液，将其旋涂在电子传输层的基底上制备碘化铅薄膜，在70℃的温度条件下退火10s，形成碘化铅薄膜；步骤四：配置混合前驱体溶液，将其涂覆在碘化铅薄膜表面，在150℃的温度条件下退火15min，形成厚度为400
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【专利技术属性】
技术研发人员：侯山月，马柱，黄跃龙，李炎林，马鑫浩，杜卓维，陈义，羊俊波，游伟，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：