一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法技术

本发明专利技术公开一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，包括以下步骤：采用刮涂法在导电基底上制备空穴传输层、介孔层、铜铟硫‑钙钛矿复合层，其中，所述钙钛矿为CH3NH3PbI3；所述介孔层浆料由氧化铝水分散液与氧化钛纳米粉体混合而成，氧化钛纳米粉体的质量浓度为10‑30mg/mL；本发明专利技术使用柔性基底取代传统玻璃基底，实现钙钛矿太阳能电池的柔性化，拓宽了钙钛矿太阳能电池应用的范围，且制备工艺简单，利用刮涂法可降低成本，实现绿色生产，同时本发明专利技术钙钛矿太阳能电池结构的制备无需高温烧结，铜铟硫与钙钛矿的混合物成膜性能好。

A scraping method for preparing flexible perovskite solar cells

The invention discloses a scraping preparation method for flexible perovskite solar cells, which comprises the following steps: preparing a hole transport layer, a mesoporous layer and a copper-indium-sulfur-perovskite composite layer on a conductive substrate by scraping method, in which the perovskite is CH3NH3PbI3; the mesoporous layer slurry is composed of alumina aqueous dispersion and titanium oxide nano powder, and the quality of titanium oxide nano powder. The volume concentration is 10_30mg/mL; The flexible base is used to replace the traditional glass base to realize the flexibility of perovskite solar cells, widen the application scope of perovskite solar cells, and the preparation process is simple. The scraping method can reduce the cost and realize green production. At the same time, the preparation of perovskite solar cell structure does not need high temperature sintering, copper, indium, sulfur and perovskite. The mixture of ore has good film-forming property.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法
本专利技术涉及有机-无机杂化的钙钛矿材料为基础的太阳能电池
，尤其涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池(perovskitesolarcells)由于是染料敏化太阳电池演变过来的一种新型太阳能电池；接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对；由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子；然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到电子传输层，最后被导电基底收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集；钙钛矿太阳能电池由下到上分别为玻璃导电基底(FTO)、电子传输层(ETM)、钙钛矿光吸收层(含多孔支架)、空穴传输层(HTM)以及背电极。在现有方法中，旋涂法仍然是主流方法，这种方法可以比较方便的获得均匀的钙钛矿薄膜，但是这种工艺方法对原料的损失很大，成本高，速率慢，不适合大规模工业生产，在目前的技术中，钙钛矿层以及其他主要相关功能层的制备主要集中在手套箱中，依赖惰性气体保护，这对钙钛矿未来的量产而言是一个巨大的限制；当前技术普遍使用玻璃导电基底，但玻璃基底脆性强，无法弯曲，给后期功能层制备带来限制，同时也严重制约钙钛矿太阳能电池的大规模使用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术旨在提供一种简单有效的采用刮涂法制备钙钛矿太阳能电池的方法，主要体现在印刷制备方法上更加简单高效、对设备要求低、节约成本，而且采用本专利技术的方法可以在空气中高效地制备高质量的钙钛矿太阳能电池。为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，包括以下步骤：采用刮涂法在导电基底上制备空穴传输层、介孔层、铜铟硫-钙钛矿复合层，其中，所述钙钛矿为CH3NH3PbI3；所述介孔层浆料由氧化铝水分散液与氧化钛纳米粉体混合而成。采用本专利技术的制备方法，可以在导电基底上依次制备空穴传输层、介孔层、铜铟硫-钙钛矿复合层，然后在铜铟硫-钙钛矿复合层上制备背电极；也可以采用刮涂法在柔性导电基底上依次制备电子传输层、介孔层、铜铟硫-铜铟硫-钙钛矿复合层，然后在铜铟硫-钙钛矿复合层上制备背电极；本专利技术的活性层采用铜铟硫-钙钛矿复合，铜铟硫纳米颗粒会填充在铜铟硫-钙钛矿复合层的孔隙中，提高钙钛矿活性层的成膜性，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；介孔层由氧化铝水分散液与氧化钛纳米粉体按一定比例混合制成可刮涂浆料，可以获得合适的成膜厚度和良好的均匀度，氧化钛分散于氧化铝水分散溶液中一方面能调整氧化铝水分散液的粘度，同时氧化钛能起到电子传输层的作用，协同提高钙钛矿太阳能电池效率。优选的，所述纳米氧化铝水分散液选自阿拉丁(Aladdin)品牌的纳米氧化铝水分散液，氧化铝的质量分数为20%，纳米氧化铝粒子的粒径为5-10nm；氧化钛纳米粉体的质量浓度为10-30mg/mL，氧化钛的粒径为5-30nm。更优选的，述氧化钛纳米粉体的质量浓度为20mg/mL；在此质量浓度条件下，可以获得合适的成膜厚度和良好的均匀度，提高成膜性。作为本专利技术所述方法的优选技术方案，所述方法包括以下步骤：S1、在导电基底上刮涂空穴传输层的前驱体溶液，然后于90-100℃退火10-15min，从而在导电基底上制备得到空穴传输层；其中，刮涂速度为20-25mm/s，刮刀高度为20-50μm；S2、在空穴传输层上刮涂介孔层浆料，然后于90-100℃退火10-15min，从而在导电基底上制备得到介孔层；其中，刮涂速度为20-25mm/s，刮刀高度为35-60μm；S3、在介孔层上刮涂铜铟硫与钙钛矿的混合溶液，然后于90-100℃退火10-20min，从而在介孔层上得到铜铟硫-钙钛矿复合铜铟硫-钙钛矿复合层；其中，刮涂速度为速度15-20mm/s，刮刀高度为50-80μm。优选的，所述空穴传输层为CuInS2层，所述CuInS2前驱体溶液的配制方法如下：在氮气保护下，将每0.08-0.12mmol的醋酸铟、0.4-0.6mmol的硫脲和30-50μ的丙酸溶解到0.4-0.8mL的丁胺中，并进行超声分散，形成均质溶液，再加入0.09-0.13mmol的CuI，得到CuInS2前驱体溶液。具体地，所述空穴传输层溶液的体积用量与导电基底的面积之比为15μL/(2cm×4cm)，在此比例条件下，可以获得合适的成膜厚度和良好的均匀度。更优选的，所述CuInS2前驱体溶液还包括乙二醇，所述乙二醇的添加量为CuInS2前驱体溶液总体积的12-15%；添加一定体积的乙二醇，可以调整CuInS2前驱体溶液的粘度，得到本专利技术刮涂所需的浆料，有利于提高空穴传输层的成膜性。优选的，所述铜铟硫与钙钛矿的混合溶液的配制方法为：将每0.085-0.34mmol的In(OAc)3、0.09-0.36mmol的CuI、0.043-0.17mmol的硫脲溶解到0.4-1.6mL的钙钛矿的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，所述钙钛矿的N,N-二甲基甲酰胺溶液中钙钛矿的质量百分数为20-40％；在钙钛矿中添加铜铟硫一方面可以增加铜铟硫-钙钛矿复合层的成膜性，另一方面有利于提高活性层的致密性，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率。具体地，铜铟硫与钙钛矿的混合溶液与导电基底的面积之比15μL/(2cm×4cm)；在此比例条件下，可以获得合适的成膜厚度和良好的均匀度，与电子传输层或空穴传输层的接触性也更好。优选的，还包括在电子传输层上制备背电极，得到钙钛矿太阳能电池。优选的，所述背电极为金属电极或碳电极中的任意一种或两种的组合。具体地，所述在电子传输层上制备背电极的方式为蒸镀、丝网印刷或打印中的任意一种。优选的，所述导电基底的尺寸为(2-10cm)×(2-10cm)；所述导电基底为带有铟锡氧化物ITO的透明高分子膜，再结合刮涂工艺，可以在较大的面积上得到更多的均匀成膜区域，通过选取均匀成膜区域进行后续步骤，以提高得到的柔性钙钛矿太阳能电池的性能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:（1）本专利技术采用带有ITO的透明高分子膜柔性基底替代传统玻璃基底，用刮涂法取代旋涂法涂布所有功能层(空穴传输层，介孔层、铜铟硫-钙钛矿复合层)，通过调整各功能层浆料的粘度及刮涂时的刮涂速度及刮刀高度等参数，可以在空气(空气湿度在50以下)中高效地制备高质量的柔性钙钛矿太阳能电池，从而取代在手套箱中制备，操作更容易且成本更低，同时也降低了不利因素的引入对制备方法和产品性能的影响；（2）本专利技术钙钛矿太阳能电池结构的制备无需高温烧结，铜铟硫与钙钛矿的混合物，铜铟硫纳米颗粒会填充在钙钛矿的孔隙中，提高钙钛矿活性层的致密性，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；（3）介孔层浆料由氧化铝水分散液与氧化钛纳米粉体混合而成，在本专利技术的比例条件下，可以获得合适的成膜厚度和良好的均匀度，从而提高钙钛矿太阳能电池的效率。附图说明图1为本专利技术钙钛矿太阳能电池结构示意图。图2为实施例1所制备的样品测得的电流电压曲线。图3为实施例2所制备的样品测得的电流电压曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：采用刮涂法在导电基底上制备空穴传输层、介孔层、铜铟硫‑钙钛矿复合层，其中，所述钙钛矿为CH3NH3PbI3；所述介孔层浆料由氧化铝水分散液与氧化钛纳米粉体混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：采用刮涂法在导电基底上制备空穴传输层、介孔层、铜铟硫-钙钛矿复合层，其中，所述钙钛矿为CH3NH3PbI3；所述介孔层浆料由氧化铝水分散液与氧化钛纳米粉体混合而成。2.根据权利要求1所述的一种柔性钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法，其特征在于，所述氧化铝水分散液的固含量为20-25%，氧化铝粒子的粒径为5-10nm；氧化钛，氧化钛的粒径为5-30nm。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述氧化钛纳米粉体的质量浓度为20mg/mL。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1、在导电基底上刮涂空穴传输层的前驱体溶液，然后于90-100℃退火10-15min，从而在导电基底上制备得到空穴传输层；其中，刮涂速度为20-25mm/s，刮刀高度为20-50μm；S2、在空穴传输层上刮涂介孔层浆料，然后于90-100℃退火10-15min，从而在导电基底上制备得到介孔层；其中，刮涂速度为20-25mm/s，刮刀高度为35-60μm；S3、在介孔层上刮涂铜铟硫与钙钛矿的混合溶液，然后于90-100℃退火10-20min，从而在介孔层上得到铜铟硫-钙钛矿复合层；其中，刮涂速度为速度15-20mm/s，刮刀高度为50-80μm。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：何楚亮，林朝阳，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44