一种基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）清洗透明FTO导电玻璃；（2）制备二氧化钛电子传输层；（3）在步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上制备无机钙钛矿CsBX3/聚电解质复合薄膜；（4）通过热喷涂将对电极沉积在二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜上。本发明专利技术提出了一种新型结构的无机钙钛矿太阳能电池，该器件复合了具有电荷传输能力的聚电解质与无机钙钛矿吸光材料，代替传统器件结构中的吸光层与空穴传输层，减少器件整体的界面数量，同时通过聚合物改善无机钙钛矿材料结晶、成膜性能及增加电荷传输路径，有效减少电荷复合，同时进一步加速载流子传输与分离。
【技术实现步骤摘要】
一种基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术属于有机光电-太阳能电池领域，尤其涉及一种基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池由于效率高、成本低、工艺简单以及环境友好，已成为光电器件领域的研究热点。2017年，该类太阳能电池转化效率已达到22.1%，显示了极高的发展应用潜力。尽管作为一种新型的电池，钙钛矿太阳能电池所取得的光电转换效率已远远超过其他类型的新概念太阳能电池，而且仍具有很大的提升空间，但其稳定性却离实际应用的期望甚远。对钙钛矿太阳能电池稳定性的探索，依然是该领域的研究热点。传统的钙钛矿太阳能电池主要由光阳极{如TiO2+ABX3[A=CH3NH3(MA),B=Pb，X=I,Br,Cl]钙钛矿吸光材料}，空穴传输层（HTM）以及对电极组成。其中钙钛矿吸光材料CH3NH3PbX3（X=I,Br,Cl）对光热以及水氧等极其敏感，易分解，使得该类器件的稳定性差，限制了钙钛矿太阳能电池的实用化。因此近年来开发具有对空气、湿度及热稳定的钙钛矿太阳能电池备受瞩目。为解决传统钙钛矿太阳能电池对光、水、氧、紫外及热等不稳定的问题，国内外研究学者进行了积极的探索。基本思路主要分为两种：一是提高钙钛矿材料本身的稳定性；二是优化电池的其他结构组成部分和界面。如对传统钙钛矿吸光材料ABX3[A=CH3NH3（MA），B=Pb，X=I,Br,Cl]进行基团替代、掺杂及界面修饰改性等。通过以上手段对传统钙钛矿太阳能电池材料及界面进行改善，一定程度上提高了钙钛矿太阳能电池的热及氧的稳定性，但其稳定性的大幅提高依然是该领域的研究难点。究其原因可能在于：有机基团本身的不稳定性因素依然存在，改善这一瓶颈应从设计新结构的全无机钙钛矿太阳能电池出发。由于优越的热稳定及光电性能，无机钙钛矿太阳能电池近年来越来越受关注。研究者利用稳定的无机阳离子来取代传统无机-有机钙钛矿材料ABX3[A=CH3NH3（MA），B=Pb，X=I,Br,Cl]中的MA以构建高效稳定的无机钙钛矿太阳能电池。尽管无机钙钛矿太阳能电池相比于传统有机-无机钙钛矿太阳能电池具有更好的热稳定性。但其依然存在以下的问题需进一步解决：（1）相比于有机无机钙钛矿材料，无机钙钛矿材料的制备方法有限，仅限于溶液法制备上，这极大的限制了无机钙钛矿太阳能电池光电转化效率的提升。（2）无机钙钛矿太阳能电池的器件结构依然仿效传统的有机-无机钙钛矿太阳能电池的器件结构。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，特别是克服现有技术中无机钙钛矿材料结晶及成膜性能不足、无机钙钛矿太阳能电池界面复合严重的问题，提供一种结晶及成膜性能较好，能减少电荷复合的基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电衬底；（2）在步骤（1）所得透明导电衬底上制备二氧化钛电子传输层；（3）在步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上制备无机钙钛矿CsBX3/聚电解质复合薄膜，即得二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜：其中B=Pb,Sn或In,Ge;X=I,Br或Cl；（3-Ⅰ）将聚合物基质溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，得到聚合物溶液；将无机空穴传输材料与双三氟甲烷磺酰亚胺锂（LiTFSI）溶解于氯苯溶剂中，搅拌均匀，得到无机空穴传输材料氯苯溶液；将无机空穴传输材料氯苯溶液溶解于聚合物溶液中，搅拌均匀，得聚电解质溶液；（3-Ⅱ）将CsX、BX2溶解于氯苯溶剂中，搅拌均匀（优选60~80℃下搅拌12~18h），得CsBX3前驱体溶液，将步骤（3-Ⅰ）中所得聚电解质溶液和CsBX3前驱体溶液按照质量比5:1~25混合，搅拌均匀（优选60~80℃下搅拌1~10h），得到无机钙钛矿/聚电解质复合溶液；X=I、Br或Cl；B=Pb、Sn或In；（3-Ⅲ）将步骤（3-Ⅱ）所得无机钙钛矿/聚电解质复合溶液滴加到步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上，通过旋涂方式成膜并热处理，即制成二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜；（4）通过热喷涂将对电极沉积在步骤（3-Ⅲ）所得的二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜上，得到基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池。优选的，步骤（1）中，清洗方式为：分别采用去离子水、无水乙醇、异丙醇超声震荡清洗FTO导电玻璃，震荡结束后，采用臭氧氧化透明FTO导电玻璃表面有机基团。优选的，步骤（2）中，制备二氧化钛电子传输层的具体过程为：使用旋转涂膜方法，将TiO2浆料旋涂于透明导电衬底表面，使之形成均匀平整薄膜，置于马弗炉中，经450℃～500℃高温焙烧30～60min，即成。优选的，步骤（3-Ⅰ）中，所述聚合物基质包括但不限于聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（P3HT）、聚氧化乙烯（PEO）、琼脂糖、聚乙二醇（PEG）等中的至少一种。其加入量为相当于聚电解质溶液质量的1-10%。优选的，步骤（3-Ⅰ）中，所述有机溶剂为二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮（NMP）或N,N-二甲基甲酰胺（DMF）。其加入量为相当于聚电解质溶液质量的80-90%。优选的，步骤（3-Ⅰ）中，所述无机空穴传输材料包括但不限于CuI、CuSCN等中的至少一种。其加入量为相当于聚电解质溶液质量的1-5%。优选的，步骤（3-Ⅰ）中，双三氟甲烷磺酰亚胺锂的加入量为相当于聚电解质溶液质量的0.5-2%。优选的，步骤（3-Ⅰ）中，氯苯的加入量为相当于聚电解质溶液质量的1-10%。优选的，步骤（3-Ⅰ）中，搅拌均匀时，搅拌温度为60~80℃，搅拌时间为4~10h。优选的，步骤（3-Ⅱ）中，CsX的加入量为相当于无机钙钛矿/聚电解质复合溶液质量的10~40%；BX2的加入量为相当于无机钙钛矿/聚电解质复合溶液质量的5~15%；氯苯的加入量为相当于无机钙钛矿/聚电解质复合溶液质量的60~80%。优选的，步骤（3-Ⅲ）中，所述二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜的制备过程：将无机钙钛矿/聚电解质复合溶液旋涂在步骤（2）所得的二氧化钛电子传输层上，并热处理使之干燥形成薄膜。所述无机钙钛矿/聚电解质复合溶液的旋涂速度为2500~4000rpm，旋涂时间为30~60s。所述热处理的温度为90~150℃，保温时间为10~30min，烘干至成膜。优选的，步骤（4）中，所述对电极为金对电极、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)（PEDOT）对电极或聚苯胺（PANI）对电极。本专利技术提出基于聚电解质的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，采用P3HT、琼脂糖、PEO等作为聚合物基质以及无机空穴传输材料（CuI,CuSCN）作为添加剂制备聚电解质，其与无机钙钛矿吸光材料（CsBX3(B=Pb,Sn,In,Ge;X=I,Br,Cl)形成复合体系；通过旋涂方法将复合CsBX3/聚电解质体系成膜后与对电极形成良好界面接触形成器件。本专利技术的特点在于提出了一种新型结构的无机钙钛矿太阳能电池，该器件复合了具有电荷传输能力的聚电解质与无机钙钛矿吸光材料，代替传统器件结构中的吸光层与空穴传输层，减少器件整体的界面数量，同时通过聚合物改善无机钙钛矿材料结晶、成膜性能及增加电荷传输路径，有效减少电荷复合本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于聚电解质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）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电衬底；（2）在步骤（1）所得透明导电衬底上制备二氧化钛电子传输层；（3）在步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上制备无机钙钛矿CsBX3 /聚电解质复合薄膜，即得二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜：其中B=Pb, Sn或 In, Ge; X=I, Br或 Cl；（3‑Ⅰ）将聚合物基质溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，得到聚合物溶液；将无机空穴传输材料与双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解于氯苯溶剂中，搅拌均匀，得到无机空穴传输材料氯苯溶液；将无机空穴传输材料氯苯溶液溶解于聚合物溶液中，搅拌均匀，得聚电解质溶液；（3‑Ⅱ）将CsX、BX2 溶解于氯苯溶剂中，搅拌均匀，得CsBX3前驱体溶液，将步骤（3‑Ⅰ）中所得聚电解质溶液和CsBX3前驱体溶液按照质量比5:1~25混合，搅拌均匀，得到无机钙钛矿/聚电解质复合溶液； X=I、 Br或 Cl；B=Pb、Sn或In；（3‑Ⅲ）将步骤（3‑Ⅱ）所得无机钙钛矿/聚电解质复合溶液滴加到步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上，通过旋涂方式成膜并热处理，即制成二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜；（4）通过热喷涂将对电极沉积在步骤（3‑Ⅲ）所得的二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜上，得到基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池。...
【技术特征摘要】
1.一种基于聚电解质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）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电衬底；（2）在步骤（1）所得透明导电衬底上制备二氧化钛电子传输层；（3）在步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上制备无机钙钛矿CsBX3/聚电解质复合薄膜，即得二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜：其中B=Pb,Sn或In,Ge;X=I,Br或Cl；（3-Ⅰ）将聚合物基质溶解于有机溶剂中，搅拌均匀，得到聚合物溶液；将无机空穴传输材料与双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解于氯苯溶剂中，搅拌均匀，得到无机空穴传输材料氯苯溶液；将无机空穴传输材料氯苯溶液溶解于聚合物溶液中，搅拌均匀，得聚电解质溶液；（3-Ⅱ）将CsX、BX2溶解于氯苯溶剂中，搅拌均匀，得CsBX3前驱体溶液，将步骤（3-Ⅰ）中所得聚电解质溶液和CsBX3前驱体溶液按照质量比5:1~25混合，搅拌均匀，得到无机钙钛矿/聚电解质复合溶液；X=I、Br或Cl；B=Pb、Sn或In；（3-Ⅲ）将步骤（3-Ⅱ）所得无机钙钛矿/聚电解质复合溶液滴加到步骤（2）所得二氧化钛电子传输层上，通过旋涂方式成膜并热处理，即制成二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜；（4）通过热喷涂将对电极沉积在步骤（3-Ⅲ）所得的二氧化钛/无机钙钛矿/聚电解质复合薄膜上，得到基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，清洗方式为：分别采用去离子水、无水乙醇、异丙醇超声震荡清洗FTO导电玻璃，震荡结束后，采用臭氧氧化透明FTO导电玻璃表面有机基团。3.根据权利要求1或2所述的基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，制备二氧化钛电子传输层的具体过程为：使用旋转涂膜方法，将TiO2浆料旋涂于透明导电衬底表面，使之形成均匀平整薄膜，置于马弗炉中，经450℃～500℃高温焙烧30～60min，即成。4.根据权利要求1或2所述的基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（3-Ⅰ）中，所述聚...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨英，潘德群，郭学益，陈甜，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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