一种钙钛矿太阳能电池制造技术

技术编号:20367586 阅读:20 留言:0更新日期:2019-02-16 18:41
本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池,其结构自下而上为,玻璃、阳极ITO、阳极修饰层氧化镍、活性层FAPb0.75Sn0.25I3、第一阴极修饰层PC60BM、第二阴极修饰层BCP,阴极银。因为氧化镍上的钙钛矿的晶粒相对传统的PEDOT:PSS要大,电荷的迁移率更高,可以产生更高的短路电流和外量子效率,进而得到更大的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及一种太阳能电池的结构、制备方法,尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池的结构、制备方法。
技术介绍
能源问题已经成为困扰人类的最严重的全球性问题之一。人类每年的能源消耗量仍然在不断增加,同时化石燃料的储量却在不断下降,可以预见几百年甚至几十年后,给工业社会带来巨大繁荣的化石燃料终将枯竭,因此找到化石燃料的替代品迫在眉睫。太阳能作为一种可再生的能源形式,具有取之不尽、用之不竭的特点,是一种非常有潜力的新能源。目前,太阳能电池是应用最为广泛的一种利用太阳能的形式。长期以来,得益于高的转换效率和出色的稳定性,硅太阳能电池一直是最主要的太阳能电池,其它类型的太阳能电池虽然五花八门,但是都难以撼动硅电池的统治地位。近年来,钙钛矿太阳能电池异军突起,成为太阳能电池家族中最受关注的新星,并很有潜力触动硅电池的霸主地位。随着科研人员的不懈努力,钙钛矿太阳能电池的光电转换效率不断刷新着纪录,目前最高的转化效率已经可以到22%左右。钙钛矿太阳能电池的另一大优势是能够采用溶液法制备,适合低成本、大面积的制备工艺,并且能够制备于柔性衬底上,得到可弯曲的太阳能电池。传统的钙钛矿活性层中的金属元素通常是铅,导致了钙钛矿电池的高毒性,为了降低毒性并且仍然保持优良的电池性能,科研人员用锡元素替代了部分的铅元素,降低了钙钛矿电池的毒性并且没有损害光电转换效率。另一方面,如图1所示,在钙钛矿太阳能电池中,为了增强空穴的传输能力,在阳极和活性层之间通常会设置一层阳极修饰层,传统的的阳极修饰层通常采用PEDOT:PSS(聚3,4-乙撑二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸盐)。这是一种能够采用溶液法制备且已经商业化的材料,然而,经过研究发现,在上述含锡的钙钛矿电池中,PEDOT:PSS上的钙钛矿材料的晶粒很小,这就导致更多的晶界出现,从而抑制电子和空穴的迁移率,而迁移率的抑制将会降低太阳能电池的短路电流,并最终降低光电转化效率。为了提高具有较低毒性的含锡钙钛矿电池的光电转化效率,需要寻找一种能使含锡钙钛矿材料的晶粒增大的阳极修饰层,同时该阳极修饰层最好仍然适用于低成本的溶液法制备工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池,其具有氧化镍阳极修饰层。所述钙钛矿太阳能电池的器件结构自下而上包括衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层、阴极。所述衬底为玻璃,所述阳极为ITO(氧化铟锡),所述阳极修饰层为氧化镍(NiOx),所述活性层为FAPb0.75Sn0.25I3(FA代表NH2CH=NH2基团),所述阴极修饰层PC60BM([6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯)和BCP(2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲哕啉),所述阴极为银。所述钙钛矿太阳能电池的活性层采用无毒的锡元素替代部分铅元素,得到一种较低毒性的钙钛矿太阳能电池。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:1)清洗ITO玻璃衬底:依次在玻璃洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇溶液中各超声清洗10min,然后用氮气吹干,并在紫外臭氧清洗机处理15min;2)制备氧化镍层:在清洗后的ITO玻璃衬底上用匀胶机旋涂氧化镍溶液,速度为4000rpm,时间为240s,然后在氮气氛围中热退火15min,退火温度为150℃,再放到空气中热退火60min,退火温度为300℃;3)制备活性层:将衬底传至氮气手套箱,用匀胶机旋涂含锡的钙钛矿溶液,速度为2000rpm,时间为60s,再立刻滴上氯苯溶液进行萃取,氯苯溶液的旋涂速度为5000rpm,时间为30s,随后在100℃的温度下退火30min;4)制备第一阴极修饰层:旋涂PC60BM溶液,速度为3000rpm,时间为30s;5)制备第二阴极修饰层:将衬底转移到真空镀膜机,采用热蒸镀的方法沉积BCP,厚度为5纳米;6)制备阴极:采用热蒸镀的方法沉积银,厚度为80纳米。相对于传统的PEDOT:PSS阳极修饰层,氧化镍上制备的含锡的钙钛矿晶粒更大,晶粒之间的晶界较少,电荷的迁移率更高,从而可以产生较大的短路电流,进而实现更高的光电转化效率。同时,本专利技术中的氧化镍采用了旋涂法制备,工艺简单,并且目前PEDOT:PSS的价格仍然比较昂贵,相比较而言氧化镍更具有成本优势。附图说明图1是现有技术中的钙钛矿太阳能电池的器件结构。图2是本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池的器件结构。图3是本专利技术实施例的钙钛矿活性层的SEM图,左图为NiOx上的钙钛矿,右图为PEDOT:PSS上的钙钛矿。图4是本专利技术实施例的I-V测试曲线。图5是本专利技术实施例的外量子效率测试曲线。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的阐释。1)清洗ITO玻璃衬底:依次在玻璃洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇溶液中各超声清洗10min,然后用氮气吹干,并在紫外臭氧清洗机处理15min;2)制备氧化镍层:在清洗后的ITO玻璃衬底上用匀胶机旋涂氧化镍溶液,速度为4000rpm,时间为240,然后在氮气氛围中热退火15min,退火温度为150℃,再放到空气中热退火60min,退火温度为300℃;3)制备活性层:将衬底传至氮气手套箱,用匀胶机旋涂含锡的钙钛矿溶液,速度为2000rpm,时间为60s,再立刻滴上氯苯溶液进行萃取,氯苯溶液的旋涂速度为5000rpm,时间为30s,随后在100℃的温度下退火30min;4)制备第一阴极修饰层:旋涂PC60BM溶液,速度为3000rpm,时间为30s;5)制备第二阴极修饰层:将衬底转移到真空镀膜机,采用热蒸镀的方法沉积BCP,厚度为5纳米;6)制备阴极:采用热蒸镀的方法沉积银,厚度为80纳米。其中,步骤2)中的氧化镍溶液的制备方法为:将硝酸镍溶于乙二醇溶液中,并添加乙二胺作为稳定剂,乙二胺和乙二醇的体积比为1∶40,硝酸镍的浓度为1.33M,将配好的溶液在80℃搅拌加热4h。其中,步骤3)中的含锡的钙钛矿溶液为FAPbI3溶液与FASnI3溶液以3∶1的体积比混合而成的溶液,其中FAPbI3溶液是按照FAI∶PbI2∶MACl∶MABr∶CsCl=1.3M∶1.55M∶0.3M∶0.2M∶0.1M的配比将原料溶于DMSO溶液(MA代表CH3NH3基团),FASnI3溶液为按照FAI∶SnI2∶SnF2=1.55M∶1.55M∶0.155M的配比将原料溶于DMSO溶液。利用上述方法得到了如图2所示的太阳能电池结构,自下而上为:玻璃、阳极ITO、阳极修饰层氧化镍、活性层FAPb0.75Sn0.25I3、第一阴极修饰层PC60BM、第二阴极修饰层BCP,阴极银。如图3所示,左图中氧化镍上面的钙钛矿的晶粒明显比右图中PEDOT:PSS上的钙钛矿的晶粒大,晶界更少,可以提高电荷在其中的迁移率。能够产生较大的短路电流(如图4所示)和外量子效率EQE(如图5所示)。从表1的测试结果也可以清楚地看到,最终的太阳能电池效率从14.24%增大到17.25%,效率提高了21%左右。表1本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于:自下而上包括玻璃、阳极ITO、阳极修饰层氧化镍、活性层FAPb0.75Sn0.25I3、第一阴极修饰层PC60BM、第二阴极修饰层BCP,阴极银。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池,其特征在于:自下而上包括玻璃、阳极ITO、阳极修饰层氧化镍、活性层FAPb0.75Sn0.25I3、第一阴极修饰层PC60BM、第二阴极修饰层BCP,阴极银。2.一种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ITO玻璃衬底:依次在玻璃洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇溶液中各超声清洗10min,然后用氮气吹干,并在紫外臭氧清洗机处理15min;2)制备氧化镍层:在清洗后的ITO玻璃衬底上用匀胶机旋涂氧化镍溶液,速度为4000rpm,时间为240,然后在氮气氛围中热退火15min,退火温度为150℃,再放到空气中热退火60min,退火温度为300℃;3)制备活性层:将衬底传至氮气手套箱,用匀胶机旋涂含锡的钙钛矿溶液,速度为2000rpm,时间为60s,再立刻滴上氯苯溶液进行萃取,氯苯溶液的旋涂速度为5000rpm,时间为30s,随后在100℃的温度下退火30min;4)制备第一阴极修饰...

【专利技术属性】
技术研发人员:池丹黄仕华张美影王佳芮哲黄玉清
申请(专利权)人:浙江师范大学
类型:发明
国别省市:浙江,33

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