一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳电池技术领域。依次由FTO导电玻璃、由致密的TiO2薄膜与BaTiO3薄膜构成的电子传输层、CH3NH3PbI3光吸收层、2,2',7,7'‑四[N,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9'‑螺二芴空穴传输层和Ag电极组成。本发明专利技术中采用了新型的BaTiO3/TiO2复合材料作为钙钛矿太阳电池的电子传输层，通过BaTiO3与CH3NH3PbI3钙钛矿材料晶体结构相似的特性引导生长出与电子传输层结合更紧密的、更大晶粒的钙钛矿吸光材料，改善了电子传输层与钙钛矿层之间接触界面的微观形貌，进一步提高了钙钛矿太阳电池的光电特性，达到提高太阳能电池的性能的目的。
【技术实现步骤摘要】
一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳电池
，具体涉及一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着人类社会的不断发展，人们对能源的需求日益増长。然而随着传统化石能源等不可再生能源的不断消耗，尤其是石油、天然气、煤矿等人类生活中必不可少的能源资源己接近枯竭。因此，人类急需一种有效、廉价的可再生能源来弥补可能面对的能源危机。太阳能电池可以将太阳能转化为电能，而太阳能取之不尽用之不竭，因此，太阳电池
备受关注。近年来，一种以有机-无机杂化钙铁矿材料(CH3NH3PbX3,X＝Cl,Br,I)作为吸光材料的太阳能电池迅速发展。目前，钙钛矿太阳能电池通常是由透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属电极这五个部分组成。电子传输层的作用主要为收集来自钙钛矿光吸收层注入的电子，使钙钛矿光吸收层电子-空穴对的电荷分离。电子传输层的制备方法通常为：旋涂氧化钛前驱体溶液，然后经过退火工艺形成一层致密的氧化钛薄膜，但以这种方式在制作钙钛矿太阳能电池时，也存在以下问题：(1)由于钙钛矿材料与氧化钛的晶体结构差异较大，接触界面容易产生孔洞；(2)钙钛矿光吸收层成膜过程时间很短，成膜状态不好控制，难以制备成大晶粒的钙钛矿薄膜。以上两个因素限制了钙钛矿太阳电池的工作性能。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，旨在解决钙钛矿光吸收层与电子传输层接触不好以及钙钛矿光吸收层无法形成大晶粒薄膜的问题。本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池，如图1所示，依次由FTO导电玻璃、由致密的TiO2薄膜与BaTiO3薄膜构成的电子传输层、CH3NH3PbI3光吸收层、Spiro-OMeTad(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)空穴传输层和Ag电极组成。本专利技术所述的一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：①对FTO导电玻璃进行清洗：依次将FTO导电玻璃放入甲苯、丙酮、去离子水、异丙醇中超声处理10～30分钟，随后使用氮气吹干；②配置0.1～0.3mol/L的乙酰丙酮钛的正丁醇溶液，并搅拌均匀；③将步骤②得到的乙酰丙酮钛溶液旋涂在步骤①得到的FTO导电玻璃上，随后在120～150℃条件下加热5～10分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，然后将衬底冷却至室温；④配置0.01～0.03mol/L的Ba(NO3)2水溶液，并搅拌均匀；⑤将步骤③中得到的FTO导电玻璃衬底浸泡在Ba(NO3)2溶液中30～60秒，随后使用去离子水清洗玻璃衬底，使用氮气吹干玻璃衬底，然后在110～140℃条件下加热20～50分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，冷却至室温后在玻璃衬底上得到氧化钛和钛酸钡复合材料电子传输层，其厚度为50～80纳米。⑥将DMF(二甲基甲酰胺)与DMSO(二甲基亚砜)以体积比9：1～7：3混合并搅拌均匀，随后将CH3NH3I与PbI2以摩尔比3：1混合溶解于DMF和DMSO的混合溶液中并搅拌均匀，得到CH3NH3PbI3钙钛矿溶液；⑦将步骤⑥得到的钙钛矿溶液旋涂在步骤⑤得到的电子传输层上，随后在80～100℃条件下加热20～50分钟，冷却至室温后在电子传输层上得到CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，其厚度为300～400纳米；⑧将1g的spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)加入到12～14毫升氯苯、16～18微升双三氟甲基磺酰亚胺锂和26～30微升4-叔丁基吡啶中配成溶液，将该溶液旋涂在步骤⑦中得到的CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层上，得到空穴传输层，其厚度为250～350纳米；⑨在步骤⑧得到的空穴传输层上蒸镀厚80～120纳米的银电极，从而制备得到本专利技术所述的以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。有益效果：本专利技术中采用了新型的BaTiO3/TiO2复合材料作为钙钛矿太阳电池的电子传输层，通过BaTiO3与CH3NH3PbI3钙钛矿材料晶体结构相似的特性引导生长出与电子传输层结合更紧密的、更大晶粒的钙钛矿吸光材料，改善了电子传输层与钙钛矿层之间接触界面的微观形貌，进一步提高了钙钛矿太阳电池的光电特性，达到提高太阳能电池的性能的目的。附图说明图1：本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；各部分名称：玻璃衬底1、FTO(氟掺杂氧化锡)2、致密TiO2薄膜3、BaTiO3薄膜4、钙钛矿吸光层5、空穴传输层6、Ag电极7。图2：本专利技术中对实施例4所制得BaTiO3的XPS能谱；由图2可知经过对BaTiO3的XPS测试确认BaTiO3中各元素的峰分布，可知经过离子吸附法成功制得了一层BaTiO3薄膜。图3：对本专利技术所制得太阳能电池实施例1、2、3、4、5进行的J-V曲线测试结果；其中，钙钛矿太阳电池的有效面积为0.04cm2，测试条件为：温度为25℃，空气湿度为20％，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2，I-V曲线采用Keithly2400型数字源表进行测量。具体实施方式实施例1：①首先对FTO导电玻璃进行清洗，依次将玻璃放入甲苯、丙酮、去离子水、异丙醇并超声处理20分钟，随后使用氮气吹干玻璃备用；②配置0.15mol/L的乙酰丙酮钛溶液，溶剂为正丁醇，将乙酰丙酮钛溶液搅拌均匀；③使用匀胶机将步骤②中的乙酰丙酮钛溶液旋涂在步骤①中备用的FTO导电玻璃上，随后使用加热板将玻璃衬底在130℃条件下加热5分钟，随后使用马弗炉将玻璃衬底在500℃条件下加热30分钟，冷却后形成只有氧化钛的电子传输层，其厚度约为60纳米；④配置钙钛矿溶液，其具体操作为：将DMF(二甲基甲酰胺)与DMSO(二甲基亚砜)以体积比9：1混合并搅拌均匀，随后将CH3NH3I与PbI2以摩尔比3：1混合溶解于DMF：DMSO溶液中并搅拌均匀，得到CH3NH3PbI3钙钛矿溶液；⑤使用匀胶机将步骤④中配置的CH3NH3PbI3钙钛矿溶液旋涂在步骤③中备用的电子传输层上，随后使用加热板将其在100℃条件下加热30分钟，冷却后形成钙钛矿吸光层备用，其厚度约为350纳米；⑥使用匀胶机将spiro-OMeTAD溶液(1克spiro-OMeTAD加入到13.8毫升氯苯中，并加入17.5微升双三氟甲基磺酰亚胺锂和28.8微升4-叔丁基吡啶)旋涂在步骤⑤中备用的钙钛矿吸光层上，形成空穴传输层，其厚度约为300纳米；⑦使用真空蒸镀机在步骤⑧中的空穴传输层上蒸镀一层100纳米厚的银电极。实施例2：①首先对FTO导电玻璃进行清洗，依次将玻璃放入甲苯、丙酮、去离子水、异丙醇并超声处理20分钟，随后使用氮气吹干玻璃备用；②配置0.15mol/L的乙酰丙酮钛溶液，溶剂为正丁醇。将乙酰丙酮钛溶液搅拌均匀；③使用匀胶机将步骤②中的乙酰丙酮钛溶液旋涂在步骤①中备用的FTO导电玻璃上，随后使用加热板将玻璃衬底在130℃条件下加热5分钟，随后使用马弗炉将玻璃衬底在500℃条件下加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：①对FTO导电玻璃进行清洗：依次将FTO导电玻璃放入甲苯、丙酮、去离子水、异丙醇中超声处理10～30分钟，随后使用氮气吹干；②配置0.1～0.3mol/L的乙酰丙酮钛的正丁醇溶液，并搅拌均匀；③将步骤②得到的乙酰丙酮钛溶液旋涂在步骤①得到的FTO导电玻璃上，随后在120～150℃条件下加热5～10分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，然后将衬底冷却至室温；④配置0.01～0.03mol/L的Ba(NO3)2水溶液，并搅拌均匀；⑤将步骤③中得到的FTO导电玻璃衬底浸泡在Ba(NO3)2溶液中30～60秒，随后使用去离子水清洗玻璃衬底，使用氮气吹干玻璃衬底，然后在110～140℃条件下加热20～50分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，冷却至室温后在玻璃衬底上得到氧化钛和钛酸钡复合材料电子传输层，其厚度为50～80纳米。⑥将二甲基甲酰胺与二甲基亚砜以体积比9：1～7：3混合并搅拌均匀，随后将CH3NH3I与PbI2以摩尔比3：1混合溶解于DMF和DMSO的混合溶液中并搅拌均匀，得到CH3NH3PbI3钙钛矿溶液；⑦将步骤⑥得到的钙钛矿溶液旋涂在步骤⑤得到的电子传输层上，随后在80～100℃条件下加热20～50分钟，冷却至室温后在电子传输层上得到CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，其厚度为300～400纳米；⑧将1g的2,2',7,7'‑四[N,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9'‑螺二芴加入到12～14毫升氯苯、16～18微升双三氟甲基磺酰亚胺锂和26～30微升4‑叔丁基吡啶中配成溶液，将该溶液旋涂在步骤⑦中得到的CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层上，得到空穴传输层，其厚度为250～350纳米；⑨在步骤⑧得到的空穴传输层上蒸镀厚80～120纳米的银电极，从而制备得到以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。...
【技术特征摘要】
1.一种以氧化钛和钛酸钡复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤如下：①对FTO导电玻璃进行清洗：依次将FTO导电玻璃放入甲苯、丙酮、去离子水、异丙醇中超声处理10～30分钟，随后使用氮气吹干；②配置0.1～0.3mol/L的乙酰丙酮钛的正丁醇溶液，并搅拌均匀；③将步骤②得到的乙酰丙酮钛溶液旋涂在步骤①得到的FTO导电玻璃上，随后在120～150℃条件下加热5～10分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，然后将衬底冷却至室温；④配置0.01～0.03mol/L的Ba(NO3)2水溶液，并搅拌均匀；⑤将步骤③中得到的FTO导电玻璃衬底浸泡在Ba(NO3)2溶液中30～60秒，随后使用去离子水清洗玻璃衬底，使用氮气吹干玻璃衬底，然后在110～140℃条件下加热20～50分钟，再在450～550℃条件下加热20～50分钟，冷却至室温后在玻璃衬底上得到氧化钛和钛酸钡复合材料电子传输层，其厚度为50～80纳米。⑥将二甲基甲酰胺与二甲基亚砜以体积比9：1...
【专利技术属性】
技术研发人员：卢革宇，那日苏，康博南，孙鹏，刘方猛，梁喜双，闫旭，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22
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