一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池的结构自下至上顺序设置为：透明衬底、透明阳极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、复合电子传输层、空穴阻挡层和金属阴极。其采用PC

【技术实现步骤摘要】
一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及一种有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种的湿度环境下制备的无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池

技术介绍
随着社会的发展，当今的人们面临着环境污染，资源短缺等问题，寻找和发展清洁可再生能源已经成为人们的当务之急。研究人员在不断的探索寻求新的无污染的能源来代替不可再生能源。太阳能因为其无污染，可再生，数量大，使用地域不受限制等优势成为研究者们的重点研究对象。目前硅电池的市场占有率值很高，但是，硅电池的制造过程及其高昂的造价，使得研究人员去探寻一种新的太阳能电池结构。2009年，一种新型的太阳能电池采用钙钛矿结构的CH3NH3PbX3作为光电转换材料，因此被称为钙钛矿型太阳能电池。自此短短几年内，钙钛矿太阳能电池提升的效率十分明显，从2009年的3.8%(KojimaA,TeshimaK,ShiraiY,MiyasakaT.OrganometalHalidePerovskitesasVisible-LightSensitizersforPhotovoltaicCells[J].J.Am.Chem.Soc,2009,131(17):6050-6051)，发展至今最大能量转换效率超过22.1%(NREL,BestResearch-CellEfficiencies[M]http://www.nrel.gov/ncpv/images/efficiency_chart.jpg.)。由于钙钛矿太阳能电池制备的原料廉价、制备成本低、能量转换效率较高，因而在太阳能领域具有巨大的潜在应用价值，将在未来能源结构中占有重要的地位。常规的钙钛矿太阳能电池主要有ITO或FTO电极、电子传输层（ETM）、钙钛矿光吸收层、空穴传输层（HTM）和金属电极（通常为Au或Ag）组成。当太阳光激发时，钙钛矿层会产生光生电子和空穴，其中电子经电子传输层到达阳极，然后通过外电路转移至阴极；空穴经空穴传输层到达阴极，至此，完成一个电路回路。由于电子传输层是连接FTO（或ITO）阴极与钙钛矿吸光层的关键界面层，肩负着电子输运和能级匹配的重要功能，因此通常情况下都是不可以省去的。钙钛矿太阳能电池需要在无水无氧的手套箱中制备、稳定性差等问题，限制了钙钛矿电池的实际应用。钙钛矿有机无机杂化材料在水氧条件下制备会导致其钙钛矿薄膜降解，采用疏水材料作为电子传输层能够有效地隔绝水对钙钛矿薄膜的降解，同时选用电子传输性能好的材料能够有效地增大电流密度，降低串联电阻，获取高性能的电池。同时光磁滞效应也是钙钛矿电池不可忽视的问题，J-V曲线的扫描速度以及扫描方向均能引起其效率的变化，有时候影响很大，所以无光磁滞的钙钛矿电池制备也是人们所追求的。
技术实现思路
技术问题：本专利技术提供了一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池通过基于PC71BM与C60复合结构做电子传输层，有效的阻止由水分、氧气和光等，同时PC71BM与C60复合结构能有效的降低串联电阻，提高电子传输能力，从而在湿度环境比较大的条件中制备钙钛矿太阳能电池。技术方案一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，所述电池自下而上依次为：透明衬底层、透明阳极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、复合电子传输层、空穴阻挡层、金属阴极层。所述钙钛矿吸光层中所用的材料为PbI2与CH3NH3I制备的钙钛矿晶体CH3NH3PbI3；所述空穴传输层材料为PEDOT：PSS；所述金属阴极材料为Al、Ag、Au中的一种；所述透明阳极材料为ITO；所述透明衬底材料为透明玻璃。所述复合电子传输层为两层结构，下层为PC71BM富勒烯衍生物，上层为C60。所述空穴阻挡层材料为有机小分子材料BCP。所述空穴传输层的厚度为25nm，钙钛矿吸光层的厚度为100~300nm，复合电子传输层的厚度为30~50nm，空穴阻挡层的厚度为10nm，金属阴极层的厚度为120nm。一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：1）透明阳极层的制备：在ITO导电玻璃的阳极层上刻蚀出刻蚀槽，然后清洗干净后用氮气吹干并进行15min的UV处理；2）空穴传输层的制备：在经UV处理后的干净ITO导电玻璃上以3500rpm的转速旋涂PEDOT:PSS，旋涂时间为60s，然后在空气中120℃退火1小时的处理，形成空穴传输层；3）钙钛矿吸光层的制备：在手套箱中，以1000~2500rpm的转速将CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为60s，在旋涂32s时迅速滴涂甲苯，旋涂后室温条件下自然晾干5min后进行100℃退火3~15分钟的处理，形成钙钛矿吸光层；4）复合电子传输层制备：将退火的片子冷却后，将PC71BM富勒烯衍生物溶液旋涂到钙钛矿吸光层上，采用的旋涂速度为1000~8000rpm，旋涂时间为30s；利用真空蒸渡设备在PC71BM上蒸渡C60，形成复合电子传输层结构，C60厚度为1nm~50nm，蒸渡的速率为0.03nm/s，其蒸渡的气压环境小于3×10-4Pa；5）空穴阻挡层的制备：利用真空蒸渡设备在C60上蒸渡有机小分子材料BCP，形成空穴阻挡层，空穴阻挡层的厚度为10nm，蒸渡的速率为0.03nm/s，其蒸渡的气压环境小于3×10-4Pa；6）金属阴极层的制备：利用真空蒸渡设备在空穴阻挡层上蒸渡金属，形成金属阴极层，金属阴极层的厚度为80nm~120nm，蒸渡速率为0.8nm/s。其蒸渡的气压环境小于3×10-4Pa。在步骤3）中，CH3NH3PbI3溶液通过如下方法进行制备得到：将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1:1溶于γ-丁内酯（GBL）与二甲亚砜（DMSO）溶液中，两种溶剂的体积比为7:3，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，配制出浓度为1mol/L的CH3NH3PbI3溶液。在步骤4）中，PC71BM溶液通过如下方法进行制备：将富勒烯衍生物PC71BM分散在二氯苯中，使其浓度为20mg/mL，在常温下搅拌24h即可。在步骤3）中，所述手套箱内为有氧或无氧环境，湿度为0-45%。本专利技术钙钛矿太阳能电池可采用环氧树脂、盖玻片进行封装。有益效果：（1）、本专利技术采用PC71BM与C60复合结构做电子传输层，能够有效地阻止由水分、氧气和光等，不受氧气和水的影响，因而可以在湿度高达45%的高湿度的环境中制备出无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，解决了现有技术钙钛矿太阳能电池需要在无水无氧的手套箱中制备、稳定性差等问题。（2）、本专利技术使用PC71BM与C60复合结构做电子传输层，能有效的降低串联电阻，提高电子传输能力，从而有效地提高电流密度以及FF，最大效率可以提高到14%，开路电压能达到0.87V，填充因子达到0.72。（3）、本专利技术中采用一步旋涂法制备钙钛矿电池的吸收层，通过旋涂能有效的控制吸收层的厚度，粗糙度以及钙钛矿晶体的尺寸，从而很容易制备出高性能无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池。（4）、本专利技术可使用Al作为金属阴极，成本低廉。（5）、本专利技术使用的封装方式可采用先涂抹环氧树脂，再用紫外灯光照15分钟。这种封装方式不仅操作过程简单，能达到很好的封装效果。附图说明图1是本专利技术的一种无光磁滞效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电池自下而上依次为：透明衬底层、透明阳极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、复合电子传输层、空穴阻挡层、金属阴极层。

【技术特征摘要】
1.一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述电池自下而上依次为：透明衬底层、透明阳极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、复合电子传输层、空穴阻挡层、金属阴极层。2.根据权利要求1所述的一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层中所用的材料为钙钛矿晶体CH3NH3PbI3；所述空穴传输层材料为PEDOT：PSS；所述金属阴极材料为Al、Ag、Au中的一种；所述透明阳极材料为ITO；所述透明衬底材料为透明玻璃。3.根据权利要求1所述的一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述复合电子传输层为两层结构，下层为PC71BM富勒烯衍生物，上层为C60。4.根据权利要求1所述的一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述空穴阻挡层材料为有机小分子材料BCP。5.根据权利要求1所述的一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层的厚度为25nm，钙钛矿吸光层的厚度为100~300nm，复合电子传输层的厚度为30~50nm，空穴阻挡层的厚度为10nm，金属阴极层的厚度为120nm。6.根据权利要求1-5任一项所述的一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1）透明阳极层的制备：在ITO导电玻璃的阳极层上刻蚀出刻蚀槽，然后清洗干净后用氮气吹干并进行15min的UV处理；2）空穴传输层的制备：在经UV处理后的干净ITO导电玻璃上以3500rpm的转速旋涂PEDOT:PSS，旋涂时间为60s，然后在空气中120℃退火1小时的处理，形成空穴传输层；3）钙钛矿吸光层的制备：在手套箱中，以1000~2500rpm的转速将CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为60s，在旋涂32s时迅速滴涂甲...

【专利技术属性】
技术研发人员：许利刚，刘缓，张宏梅，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32