基于有机光活化层的宽光谱响应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有机光活化层的宽光谱响应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导电玻璃组装二氧化钛薄膜形成电子传输层，随后采用多步液相技术旋涂溴化铅和溴化铯溶液制备高纯CsPbB3钙钛矿吸光层，然后再将有机光活化层组装在无机钙钛矿薄膜形成体异质结，最后采用碳背电极组装成有机光活化层修饰的宽光谱效应无机钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术充分利用有机活化层的窄带隙、宽光谱吸收和良好的溶解性，拓宽无机钙钛矿太阳能电池的吸收范围，并提高光电转化效率。本发明专利技术的电池组装过程简单易行，所组装的太阳能电池的迟滞效应大大降低，光电转换效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于有机光活化层的宽光谱响应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
，具体涉及基于有机光活化层的宽光谱响应无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是近年来基于固态染料敏化太阳能电池发展而来的一类具有介观结构的新型薄膜太阳能电池。电池的工作原理为：半导体P-N结的两侧形成势垒场，钙钛矿吸光层吸收光能而产生电子-空穴对。在势垒电场的作用下，电子被驱动到N型区域，空穴被驱动到P型区域，从而在PN结的附近形成与势垒电场的方向相反的光生电场。光生电场的一部分抵消势垒电场，其余部分在N型区域和P型区域之间的薄层中产生电动势，即光电动势，并且当外部电路导通时，实现电力输出。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池已取得了巨大发展，其光电转换效率也由2009年报道之初的3.8%提升至22.7%，但杂化钙钛矿材料的晶格在高温或高湿环境下容易被破坏导致器件性能衰减严重。通过Cs+离子取代FA+或MA+离子制备无机CsPbBr3薄膜能极大提高器件稳定性。CsPbBr3吸光材料具有2.3eV的禁带，仅能吸收波长在300~550nm范围内的太阳光，因此器件效率仍然是限制其进一步发展的瓶颈问题。因此，开发一种基于光活化层的宽光谱响应无机钙钛矿太阳能电池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有机光活化层的宽光谱响应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操作简便、迟滞效应低、光响应范围宽、光电转换效率高的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有机光活化层的宽光谱响应无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)、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TiO2浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛溶液；配制浓度为1~2mol/L的溴化铅溶液，浓度为0.1~0.3mol/L的溴化铯溶液；配制浓度为2~8mg/mL的J61溶液和浓度为2~8mg/mL的ITIC溶液；(2)、将所述J61溶液和ITIC溶液两种溶液等体积混合，充分搅拌使其混合均匀；(3)、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，高温煅烧；(4)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(3)中制得的TiO2致密层表面，高温煅烧；(5)、将步骤(4)制得的薄膜浸泡在步骤(1)中配制的四氯化钛溶液中，加热煅烧，制得介孔二氧化钛薄膜；(6)、将步骤(1)制备的溴化铅溶液旋涂沉积在步骤(5)中制备的二氧化钛薄膜表面，然后加热；(7)、将步骤(1)制备的溴化铯溶液旋涂在步骤(6)制备的薄膜表面，并加热，重复此旋涂过程多次，制备得到无机钙钛矿CsPbBr3吸光层；(8)、将步骤(2)制备的混合溶液旋涂在步骤(7)制备的CsPbBr3吸光层上，然后加热制备有机光活化层；(9)、在步骤(8)制备的有机光活化层表面刮涂碳浆料，组装成基于有机光活化层的无机钙钛矿太阳能电池。进一步的：所述溴化铅溶液中还含有溴化铷，溴化铷占溴化铅的摩尔比例为0.1~0.3。进一步的：所述步骤(3)中将薄膜在450-550℃下煅烧60-180分钟。进一步的：所述步骤(4)中在450~550℃下煅烧30~60分钟。进一步的：所述步骤(5)中在60~80℃加热煅烧。进一步的：所述步骤(6)中在80~90度下加热30~60分钟。本专利技术还提供了所述的制备方法制得的基于有机光活化层的宽光谱响应无机钙钛矿太阳能电池。所述无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.2V～1.6V、短路电流为6mA·cm-2～9mA·cm-2、填充因子为0.6～0.8、光电转换效率为9%～11%。本专利技术还提供了所述的基于有机光活化层的宽光谱响应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有机光活化层的窄帯隙和宽光谱响应特性，吸收300~800nm的太阳光谱，在无机钙钛矿层组装有机光活化层，极大拓宽了无机钙钛矿太阳能电池器件的吸光范围，并将光电转化效率提升至10%左右。2、本专利技术的制备方法中包括了刮涂碳浆料的步骤，所以本专利技术制备的无机钙钛矿太阳能电池无空穴传输层，碳电极具有传输空穴的能力，同时旋涂法添加有机活化层简便易行、材料改进空间大。3、本专利技术采用Rb元素对无机CsPbBr3薄膜进行掺杂改性，有效地钝化界面，减少了界面复合。附图说明图1为基于有机光活化层的宽光谱响应无机钙钛矿太阳能电池的制备过程示意图。图2为本专利技术所制备的CsPbBr3薄膜和CsPbBr3/有机光活化层的吸收光谱图对比。图3为本专利技术有机活化层修饰前后无机钙钛矿太阳能电池的效率曲线对比。图4为本专利技术有机活化层修饰前后无机钙钛矿太阳能电池的IPCE图谱对比。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如图1所示，本专利技术所述基于有机光活化层的宽光谱响应无机钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：1、配制浓度为0.5mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，采用溶胶-水热法配制溶度为0.1g/mL的TiO2浆料，配制浓度为0.04mol/L的四氯化钛溶液；配制浓度为1mol/L的溴化铅（含溴化铷）溶液，溴化铷占溴化铅的摩尔比例为0.1~0.3，配制浓度为0.07mol/L的溴化铯溶液；配制浓度为2~8mg/mL的聚[5,6-二氟-2-（2-己基癸基）-2H-苯并三唑-4,7-二基]-2,5-噻吩二基[4,8-双[5-（十二烷基）-2-噻吩基]苯并[1,2-b：4,5-b']二噻吩-2,6-二基]-2,5-噻吩二基]）溶液(简称J61溶液)和浓度为2~8mg/mL的2,2'-[[6,6,12,12-四(4-己基苯基)-6,12-二氢二噻吩[2,3-d:2',3'-d']-s-引达省并二噻吩-2,8-二基]双[甲基亚基(3-氧代-1H-茚-2,1(3H)-二亚甲基)]]二丙二腈溶液(简称ITIC溶液)。2、将所述J61溶液和ITIC溶液两种溶液等体积混合，充分搅拌使其混合均匀；3、将100μL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，在500℃下煅烧120分钟；4、将所述TiO2浆料旋涂在步骤3中制得的TiO2致密层表面，在450℃下煅烧30分钟；5、将步骤4制得的薄膜浸泡在所述四氯化钛溶液中，经450℃煅烧30分钟，制备介孔二氧化钛薄膜；6、将步骤1制备的溴化铅溶液在转速为2000转/分下旋涂30秒沉积在步骤5制备的二氧化钛薄膜表面，然后在80度下加热30分钟；7、将步骤1制备的溴化铯溶液旋涂在步骤6制备的溴化铅薄膜表面，并在250℃加热5分钟；重复步骤7中的旋涂过程四次，制备得到无机钙钛矿CsPbBr3吸光层；8、将步骤2制备的混合溶液旋涂在步骤7制备的CsPbBr3吸光层上，然后在100℃下加热10分钟制备有机光活化层；9、在步骤8制备的有机光活化层表面刮涂碳浆料，组装成基于光活化层的无机钙钛矿太阳能电池。如图2-4所示，通过上述方法，获得了开路电压为1.2V～1.6V、短路电流为6mA·cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于有机光活化层的宽光谱响应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)、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1 g/mL的TiO2浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛溶液；配制浓度为1~2mol/L的溴化铅溶液，浓度为0.1~0.3 mol/L的溴化铯溶液；配制浓度为2~8mg/mL的J61溶液和浓度为2~8mg/mL的ITIC溶液；(2)、将所述J61溶液和ITIC溶液两种溶液等体积混合，充分搅拌使其混合均匀；(3)、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，高温煅烧；(4)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(3)中制得的TiO2致密层表面，高温煅烧；(5)、将步骤(4)制得的薄膜浸泡在步骤(1)中配制的四氯化钛溶液中，加热煅烧，制得介孔二氧化钛薄膜；(6)、将步骤(1)制备的溴化铅溶液旋涂沉积在步骤(5)中制备的二氧化钛薄膜表面，然后加热；(7)、将步骤(1)制备的溴化铯溶液旋涂在步骤(6)制备的薄膜表面，并加热，重复此旋涂过程多次，制备得到无机钙钛矿CsPbBr3吸光层；(8)、将步骤(2)制备的混合溶液旋涂在步骤(7)制备的CsPbBr3吸光层上，然后加热制备有机光活化层；(9)、在步骤(8)制备的有机光活化层表面刮涂碳浆料，组装成基于有机光活化层的无机钙钛矿太阳能电池。...

【技术特征摘要】
1.基于有机光活化层的宽光谱响应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)、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TiO2浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛溶液；配制浓度为1~2mol/L的溴化铅溶液，浓度为0.1~0.3mol/L的溴化铯溶液；配制浓度为2~8mg/mL的J61溶液和浓度为2~8mg/mL的ITIC溶液；(2)、将所述J61溶液和ITIC溶液两种溶液等体积混合，充分搅拌使其混合均匀；(3)、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，高温煅烧；(4)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(3)中制得的TiO2致密层表面，高温煅烧；(5)、将步骤(4)制得的薄膜浸泡在步骤(1)中配制的四氯化钛溶液中，加热煅烧，制得介孔二氧化钛薄膜；(6)、将步骤(1)制备的溴化铅溶液旋涂沉积在步骤(5)中制备的二氧化钛薄膜表面，然后加热；(7)、将步骤(1)制备的溴化铯溶液旋涂在步骤(6)制备的薄膜表面，并加热，重复此旋涂过程多次，制备得到无机钙钛矿CsPbBr3吸光层；(8)、将步骤(2)制备的混合溶液旋涂在步骤(7)制备的CsPbBr3吸光层上，然后加热制备有机光活化层；(9)、在步骤(8)制备的有机光活化层表面刮涂碳浆料，组装成基于有机光活化层的无机钙钛矿太阳能电池...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐群委，徐虹哲，段加龙，赵媛媛，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东,44