一种自清洁钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种自清洁钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池包括从上到下依次层叠设置的玻璃衬底、前电极，空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、金属电极层，与现有技术不同的是，在所述玻璃衬底上表面设置自清洁层，所述自清洁层为TiO2膜层或掺杂有Yb

【技术实现步骤摘要】
一种自清洁钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于光伏材料领域，具体涉及一种自清洁钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池具有绿色环保、储能丰富等优点，被誉为最有前途的绿色能源。近年来，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池发展十分迅速，其光电转换效率已经达到22%左右，且钙钛矿太阳能电池原料来源丰富，工艺简单，成本较低，可制备成柔性电池，得到了学术界和产业界的广泛重视。公开号为CN10710891A的中国专利技术专利公开了一种宽光谱钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该宽光谱钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的FTO玻璃衬底、TiO2致密层、TiO2多孔发光层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述TiO2多孔发光层中含有掺杂离子，所述掺杂离子包括Yb3+和其他离子，所述其他离子包括IIo3+、Er3+、Mn2+.Tm3+中的至少一种。该专利技术通过使用掺杂的TiO2多孔发光层，利用具有发光特性的TiO2纳米颗粒来制备多孔层，同时掺杂Yb3+、IIo3+、Er3+、Mn2+或Tm3+离子作为电子传输层和光转换层，可以有效吸收不能被钙钛矿材料吸收的红外光和紫外光，转换成可见光，从而被钙钛矿材料所吸收，提高电池的光电流和转换效率。可有效拓宽钙钛矿太阳能电池的吸收光谱，提高钙钛矿太阳能电池光电流和转换效率。但太阳能电池在户外使用过程中，不可避免会覆盖灰尘或有机污染物，造成透过率降低，减小太阳能电池的发电效率，且不均匀的污染物会造成热斑效应，导致电池报废。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种自清洁钙钛矿太阳能电池其制备方法简单，可有效提高太阳能电池的光电性能，适用于工业生产的需求。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种自清洁钙钛矿太阳能电池，包括从上到下依次层叠设置的玻璃衬底、前电极，空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、金属电极层、胶片和/或背板，与现有技术不同的是，在所述玻璃衬底上表面设置自清洁层，所述自清洁层为TiO2膜层或掺杂有Yb3+、Er3+、Ho3+或Tm3+上上转换离子的TiO2膜层。进一步地，所述金属电极层下还包括胶片和背板，所述自清洁层的厚度为20-300nm。进一步地，所述玻璃衬底为柔性透明材质替代。二氧化钛(TiO2)具有光催化性和光致超亲水性，光催化性可以降解太阳能电池表面的有机污染物，而光致超亲水性可使太阳能电池利用天然雨水冲刷掉表面的灰尘。同时在二氧化钛中掺杂上转换颗粒，可将部分太阳能电池不能吸收的红外光转换为可吸收的可见光，提高电池的光电转换效率。本专利技术还提供这种自清洁钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：A、导电衬底的处理：将集成有前电极的玻璃或柔性有机透明衬底进行清洗处理待用；B、自清洁层的制备：将乙酰丙酮和钛酸丁酯滴加到磁力搅拌下的醇中，然后滴加浓硝酸调节溶液pH至2-5，搅拌后陈化0.5-10h，得到TiO2溶液，作为第一前驱液；将步骤A得到的玻璃或柔性透明材质衬底背离前电极层的那一面朝上，涂布所述第一前驱液，涂布完毕，进行加热退火处理，自然冷却至室温得到涂覆有自清洁层的膜层的玻璃或柔性透明材质衬底；C、空穴传输层的制备：将NiOx纳米颗粒加入溶剂中超声分散，配制成NiOx悬浊液，作为第二前驱液；再将步骤B得到的涂覆有自清洁层的膜层的玻璃或柔性透明材质衬底的自清洁层朝下，在另一面涂布所述第二前驱液，涂布完毕，进行加热退火处理，自然冷却至室温，在玻璃或柔性透明材质衬底的另一面形成空穴传输层；D、钙钛矿吸收层的制备：将卤化铅和卤化甲基胺溶于有机溶剂中，配制成第三前驱液，并搅拌溶解，得到钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱液涂布在步骤C形成的空穴传输层上，并在加热板上退火处理后得到钙钛矿吸收层；其中，卤化铅是PbCl2、PbBr2或者PbI2中的一种或两种；卤化甲基胺是CH3NH3Cl、CH3NH3Br或者CH3NH3I中的一种；E、电子传输层的制备：将富勒烯衍生物溶于氯苯中，并加热搅拌溶解得到第四前驱液，将得到的第四前驱液涂布在步骤D得到的钙钛矿吸收层上，并在加热板上退火处理后得到电子传输层；F、缓冲层的制备：将BCP加入甲醇中，得到过饱和溶液，并涂布到步骤E得到的电子传输层上，然后在加热板上退火处理后得到缓冲层；G、金属电极层的制备：将步骤F制得的缓冲层置于真空蒸镀室中，真空度达到1×10-4Pa以上，在缓冲层表面上蒸镀Au、Ag或Al，形成金属电极层；H、器件的封装：将步骤G得到的器件电极层朝上放置到层压机台面上，依次铺上封装胶片，有背板时再铺上背板，热层压。作为进一步优选，在步骤B中，将硝酸镱Yb（NO3）3和硝酸铒Er（NO3）3、硝酸镱Yb（NO3）3和硝酸钬Ho（NO3）3或硝酸镱Yb（NO3）3和硝酸铥Tm（NO3）3加入所述TiO2溶液中搅拌溶解，得到掺杂有镱离子Yb3+和铒离子Er3+、Yb3+和钬离子Ho3+或Yb3+和铥离子Tm3+的TiO2溶液，作为第一前驱液，掺杂原子数Yb：Ti=15-25:100，Er：Ti=2-5:100，Ho:Ti=2-5:100，Tm:Ti=2-5:100。作为进一步优选，在步骤B中，乙酰丙酮和钛酸丁酯体积比为1：2-5，所述的醇为乙醇、异丙醇、正丁醇中的一种或几种的混合物，所述钛酸丁酯与醇的体积比为5-20:100；所述加热退火处理的温度为400-600℃。作为进一步优选，在步骤A中，其清洗方法为分别用玻璃清洗剂溶液超声清洗10-30min，去离子水超声清洗两次，每次10-30min，乙醇清洗两次，每次10-30min，丙酮超声清洗一次，10-30min，氮气吹干；在步骤C中，所述溶剂为去离子水，乙醇或正丁醇；加热退火温度为100-200℃，时间为10-30min；在步骤D中，所述有机溶剂为DMF、DMSO或两者的混合溶液；所述第三前驱液中的铅离子摩尔浓度为0.5-2mol/L；所述钙钛矿前驱液中，CH3NH3X与PbX2的摩尔比为1:1-3:1；加热板温度控制在100-120℃，退火时间控制在10-30min；在步骤E中，所述溶解温度控制在40-50℃，加热板温度控制在60-80℃，退火时间控制在10-30min；所述富勒烯衍生物为PC61BM、PC71BM、ICBA或bis-PC61BM；所述富勒烯衍生物在所述第四前驱液中的质量体积浓度为10-20mg/mL；在步骤F中，所述加热板温度控制在60-80℃，退火时间控制在10-30min；在步骤H中，封装胶片为EVA或PVB，背板为PET、PET复合材料或玻璃；所述热层压温度为80-120℃，热层压时间为10-40min。作为进一步优选，在步骤B中，所述自清洁层的膜层厚度控制在20-300nm；在步骤C中，所述空穴传输层的膜层厚度控制在5-30nm；在步骤D中，所述钙钛矿吸收层的膜层厚度控制在400-500nm；在步骤E中，所述电子传输层的膜层厚度控制在50-80nm；在步骤F中，所述缓冲层的膜层厚度控制在10-15nm；在步骤G中，所述金属电极层的膜层厚度控制在70-200nm。本专利技术的有益效果是：本专利技术在钙钛矿太阳能电池表面增加二氧化钛TiO2自清洁层，二氧化钛TiO2具有光催化性和光致超亲水性，光催化性可以降解太阳能电池表面的有机污染物，而光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自清洁钙钛矿太阳能电池，包括从上到下依次层叠设置的玻璃衬底、前电极，空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、金属电极层，其特征在于，在所述玻璃衬底上表面设置自清洁层，所述自清洁层为TiO2膜层或在TiO2中掺杂有Yb3+和Er3+、Yb3+和Ho3+或Yb3+和Tm3+离子的膜层。

【技术特征摘要】
1.一种自清洁钙钛矿太阳能电池，包括从上到下依次层叠设置的玻璃衬底、前电极，空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、缓冲层、金属电极层，其特征在于，在所述玻璃衬底上表面设置自清洁层，所述自清洁层为TiO2膜层或在TiO2中掺杂有Yb3+和Er3+、Yb3+和Ho3+或Yb3+和Tm3+离子的膜层。2.根据权利要求1所述的一种自清洁钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属电极层下还包括胶片和/或背板，所述自清洁层的厚度为20-300nm。3.根据权利要求1所述的一种自清洁钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述玻璃衬底为柔性有机透明替代。4.一种自清洁钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、导电衬底的处理：将集成有前电极的玻璃或柔性有机透明衬底进行清洗处理待用；B、自清洁层的制备：将乙酰丙酮和钛酸丁酯滴加到磁力搅拌下的醇中，然后滴加浓硝酸调节溶液pH至2-5，搅拌后陈化0.5-10h，得到TiO2溶液，作为第一前驱液；将步骤A得到的玻璃或柔性有机透明衬底背离前电极层的那一面朝上，涂布所述第一前驱液，涂布完毕，进行加热退火处理，自然冷却至室温得到涂覆有自清洁层的膜层的玻璃或柔性有机透明衬底；C、空穴传输层的制备：将NiOx纳米颗粒加入溶剂中超声分散，配制成NiOx悬浊液，作为第二前驱液；再将步骤B得到的涂覆有自清洁层的膜层的玻璃或柔性有机透明衬底的自清洁层朝下，在另一面涂布所述第二前驱液，涂布完毕，进行加热退火处理，自然冷却至室温，在玻璃或柔性有机透明衬底的另一面形成空穴传输层；D、钙钛矿吸收层的制备：将卤化铅和卤化甲基胺溶于有机溶剂中，配制成第三前驱液，并搅拌溶解，得到钙钛矿前驱液，将钙钛矿前驱液涂布在步骤C形成的空穴传输层上，并在加热板上退火处理后得到钙钛矿吸收层；其中，卤化铅是PbCl2、PbBr2或者PbI2中的一种或两种；卤化甲基胺是CH3NH3Cl、CH3NH3Br或者CH3NH3I中的一种；E、电子传输层的制备：将富勒烯衍生物溶于氯苯中，并加热搅拌溶解得到第四前驱液，将得到的第四前驱液涂布在步骤D得到的钙钛矿吸收层上，并在加热板上退火处理后得到电子传输层；F、缓冲层的制备：将BCP加入甲醇中，得到过饱和溶液，并涂布到步骤E得到的电子传输层上，然后在加热板上退火处理后得到缓冲层；G、金属电极层的制备：将步骤F制得的缓冲层置于真空蒸镀室中，真空度达到1×10-4Pa以上，在缓冲层表面上蒸镀Au、Ag或Al，形成金属电极层；H、器件的封装：将步骤G得到的器件电极层朝上放置到层压机台面上，依次铺上封装胶片，有背板时再铺上背板，热层压。5.根据权利要求4所述一种自清洁钙钛矿太阳能电池的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伟，任辉彩，庞茂印，李雁鸿，胡臻玉，曹原，张江峰，
申请(专利权)人：中节能万润股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37