基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明专利技术具体是在FTO导电玻璃上制备二氧化钛电子传输层，随后旋涂溴化铅溶液，然后喷涂溴化铯溶液，形成高纯相、大晶粒CsPbBr3钙钛矿吸光层，随后沉积界面修饰层材料，最后刮涂碳背电极，组装成全无机钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术中通过改进制备方法并优化碳电极与钙钛矿吸光层的界面能级结构，提高了电池的光电转换效率以及稳定性，制备方法简单可行，成本低廉，同时具有可大面积生产的商业前景。

【技术实现步骤摘要】
基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用
本专利技术属于新材料技术以及新能源
，具体涉及基于喷涂辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
技术介绍
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池是近年来迅速发展的一类具有介观结构的新型薄膜太阳能电池，目前最高光电转换效率已经达到22%以上，但是杂化钙钛矿材料在高温或高湿环境容易降解导致器件稳定性较差。而无机CsPbBr3钙钛矿材料具有优异的环境稳定性，同时全无机钙钛矿太阳能电池迅速发展成为太阳能光伏发电领域的明星。尽管小尺寸器件的光电转换效率已经达到商业化的基本要求，但目前的CsPbBr3吸光层都是通过旋涂沉积技术制备的，导致器件面积较小，不利于其大规模商业化应用。因此，开发一种制备大面积无机钙钛矿太阳能电池的技术具有重要的理论意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本专利技术可以获得成本低、制备简单、大面积无机钙钛矿太阳能电池，加速钙钛矿太阳能电池的产业化进程，具有重要的实用价值和经济价值。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：本专利技术提供了基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)、将二硫化钼纳米粉末溶解于二甲基苄胺溶液；制得二硫化钼分散液；(2)、将所述二硫化钼分散液搅拌均匀后，超声分散，静置后取上清液；(3)、将所述上清液搅拌加热；离心去除残渣后获得分布均匀的二硫化钼量子点溶液；(4)、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1g/mL的二氧化钛浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛水溶液；配制浓度为1~2mol/L溴化铅DMF溶液和浓度为0.05~0.1mol/L的溴化铯甲醇溶液；(5)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜，并高温煅烧，获得二氧化钛致密层；(6)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(5)中制得的二氧化钛致密层表面，并高温煅烧；制得二氧化钛薄膜；(7)、将步骤(6)制得的二氧化钛薄膜浸泡在所述四氯化钛溶液中，在60~80度下加热，并高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；(8)、将所述溴化铅DMF溶液旋涂在步骤(7)制备的二氧化钛薄膜表面，加热；(9)、将所述溴化铯甲醇溶液喷涂在步骤(8)中制备的薄膜表面，加热，重复喷涂过程多次，制得高纯相CsPbBr3钙钛矿吸光层；(10)、将所述二硫化钼量子点溶液旋涂在步骤(9)制备的钙钛矿层吸光层表面，获得二硫化钼量子点修饰的钙钛矿层；(11)、在所述步骤(10)制备的钙钛矿层表面刮涂碳浆料并干燥，组装成所述全无机钙钛矿太阳能电池。进一步的：所述二硫化钼纳米粉末和二甲基苄胺溶液的质量体积比为0.5:100~1.5:100。进一步的：所述步骤(2)中静置时间为12~16小时。进一步的：所述步骤(3)中上清液在120~140℃下搅拌加热4~6小时。进一步的：所述步骤(5)中旋涂的转速为6500-7500转/分。进一步的：所述步骤(5)和(6)中在450~550度下煅烧30~60分钟。进一步的：所述步骤(9)中的喷涂速度为60~80μL/s。本专利技术还提供了所述的制备方法制得的全无机钙钛矿太阳能电池。所述全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.2V～1.4V、短路电流密度为5mA·cm-2～7mA·cm-2、填充因子为0.7～0.8、光电转换效率为6%～8%。本专利技术还提供了所述的全无机钙钛矿太阳能电池在作为电池组件中的应用。与现有技术相比，本专利技术的优点和技术效果是：1、本专利技术充分利用二硫化钼量子点的带隙可调性、优良的空穴传输能力，通过优化CsPbBr3钙钛矿层与碳电极的界面能级结构，提高了空穴提取过程，降低了电子-空穴的复合，优化后的全无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率可达6.8%。2、本专利技术采用的喷涂辅助法与常规的两步液相法相比，具有制备方法简单、重复性好、易操作、可制备大面积钙钛矿薄膜的优势。多次喷涂溴化铯溶液，有利于减少钙钛矿薄膜中CsPb2Br5以及Cs4PbBr6等非钙钛矿相的生成，对提高电池的光电转换效率以及稳定性至关重要。附图说明图1为本专利技术所设计的全无机钙钛矿太阳能电池的制备过程示意图及相应薄膜的扫描电镜图像。图2为本专利技术所制备的全无机钙钛矿太阳能电池经过二硫化钼量子点界面修饰前后的J-V曲线。图3为本专利技术所制备的全无机钙钛矿电池的稳定性能。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细的说明。实施例1本专利技术所述基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：1、将1g二硫化钼纳米粉末溶于100mL的二甲基苄胺溶液(质量浓度≥98%)；制得二硫化钼分散液；2、将所述二硫化钼分散液搅拌均匀后，超声分散，超声4~6小时，静置后取上清液；3、将所述上清液置于三通烧瓶中于120~140℃下搅拌加热4~6小时，再离心去除残渣后，获得分布均匀的二硫化钼量子点溶液；4、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1g/mL的二氧化钛浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛水溶液；配制浓度为1~2mol/L溴化铅DMF溶液（将溴化铅溶于DMF溶液中）和浓度为0.05~0.1mol/L的溴化铯甲醇溶液（将溴化铯溶于甲醇溶液中）；5、将100μL所述的钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上以转速7000转/分旋涂30秒成薄膜，并在550度下煅烧30分钟，获得二氧化钛致密层；6、将步骤4配制的所述TiO2浆料以转速2000转/分在所述制得的二氧化钛致密层表面旋涂30秒，并在450度下煅烧30分钟；制得二氧化钛薄膜；7、将步骤6制得的二氧化钛薄膜浸泡在步骤4中配制的四氯化钛溶液中，在75度下加热30分钟，并在450度下煅烧30分钟制备多孔二氧化钛薄膜；8、将步骤4制备的所述溴化铅DMF溶液旋涂在步骤7制备的二氧化钛薄膜表面，转速为2000转/分，时间为30秒，之后在80度下加热30分钟；9、将步骤4制备的溴化铯甲醇溶液喷涂在步骤8中制备的薄膜表面，喷涂速度为60~80μL/s，250度下加热5分钟；重复此溴化铯溶液的喷涂过程1~6次，制得高纯相CsPbBr3钙钛矿吸光层；10、将步骤3制备的二硫化钼量子点溶液旋涂在步骤9制备的CsPbBr3钙钛矿层，转速为2000转/分，时间为30秒，获得二硫化钼量子点修饰的钙钛矿吸光层；11、在步骤10制备的钙钛矿层表面刮涂碳浆料并干燥，组装成本专利技术所述的全无机钙钛矿太阳能电池。如图1-3所示，通过本专利技术上述方法，获得了开路电压为1.2V～1.4V、短路电流密度为5mA·cm-2～7mA·cm-2、填充因子为0.7～0.8、光电转换效率为6%～8%、在湿度为60%~80%的条件下连续放置700小时电池性能无明显衰减的全无机钙钛矿太阳能电池。本专利技术所述全无机钙钛矿太阳能电池可以作为电池组件和电站应用。以上实施例仅用以说明本专利技术的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本专利技术进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施案例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、将二硫化钼纳米粉末溶解于二甲基苄胺溶液；制得二硫化钼分散液；(2)、将所述二硫化钼分散液搅拌均匀后，超声分散，静置后取上清液；(3)、将所述上清液搅拌加热；离心去除残渣后获得分布均匀的二硫化钼量子点溶液；(4)、配制浓度为0.1~1 mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1 g/mL的二氧化钛浆料，配制浓度为0.01~0.05 mol/L的四氯化钛水溶液；配制浓度为1~2 mol/L溴化铅DMF溶液和浓度为0.05~0.1 mol/L的溴化铯甲醇溶液；(5)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜，并高温煅烧，获得二氧化钛致密层；(6)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(5)中制得的二氧化钛致密层表面，并高温煅烧；制得二氧化钛薄膜；(7)、将步骤(6)制得的二氧化钛薄膜浸泡在所述四氯化钛溶液中，在60~80度下加热，并高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；(8)、将所述溴化铅DMF溶液旋涂在步骤(7)制备的二氧化钛薄膜表面，加热；(9)、将所述溴化铯甲醇溶液喷涂在步骤(8)中制备的薄膜表面，加热，重复喷涂过程多次，制得高纯相CsPbBr3钙钛矿吸光层；(10)、将所述二硫化钼量子点溶液旋涂在步骤(9)制备的钙钛矿层吸光层表面，获得二硫化钼量子点修饰的钙钛矿层；(11)、在所述步骤(10)制备的钙钛矿层表面刮涂碳浆料并干燥，组装成所述全无机钙钛矿太阳能电池。...

【技术特征摘要】
1.基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)、将二硫化钼纳米粉末溶解于二甲基苄胺溶液；制得二硫化钼分散液；(2)、将所述二硫化钼分散液搅拌均匀后，超声分散，静置后取上清液；(3)、将所述上清液搅拌加热；离心去除残渣后获得分布均匀的二硫化钼量子点溶液；(4)、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1g/mL的二氧化钛浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛水溶液；配制浓度为1~2mol/L溴化铅DMF溶液和浓度为0.05~0.1mol/L的溴化铯甲醇溶液；(5)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜，并高温煅烧，获得二氧化钛致密层；(6)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(5)中制得的二氧化钛致密层表面，并高温煅烧；制得二氧化钛薄膜；(7)、将步骤(6)制得的二氧化钛薄膜浸泡在所述四氯化钛溶液中，在60~80度下加热，并高温煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；(8)、将所述溴化铅DMF溶液旋涂在步骤(7)制备的二氧化钛薄膜表面，加热；(9)、将所述溴化铯甲醇溶液喷涂在步骤(8)中制备的薄膜表面，加热，重复喷涂过程多次，制得高纯相CsPbBr3钙钛矿吸光层；(10)、将所述二硫化钼量子点溶液旋涂在步骤(9)制备的钙钛矿层吸光层表面，获得二硫化钼量子点修饰的钙钛矿层；(11)、在所述步骤(10)制备的钙钛矿层表面刮涂碳浆料并干燥，组装成所述全无机钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐群委，窦大伟，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44