一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构制造技术

一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，属于太阳能电池技术领域。在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，接近电子传输层的钙钛矿层为一维导电材料嵌入型结构的钙钛矿层，在SWCNT嵌入型钙钛矿层与空穴传输层之间为未嵌入SWCNT型结构的钙钛矿层，未嵌入型的常规钙钛矿层相对于SWCNT嵌入型钙钛矿层厚度较薄。采用本实用新型专利技术的技术方案，其载流子迁移率可提高。

A Layered Structure of Absorbing Layer for Perovskite Solar Cells

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构
本技术属于太阳能电池
，涉及一种对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层(吸光层)的分层改造，从而提高其载流子迁移率，以提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率的方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池，作为新兴的第三代太阳能电池，以其诸多的优良特性，引起了广大科研工作者的研究热情，取得了一系列的成果，使得其商业化的可能性不断提升。如何提高器件的性能，是我们一直以来孜孜以求的目标。然而，以往的研究多集中于电子传输层、空穴传输层、钙钛矿吸光层能带调控以及界面修饰的研究，至于新的器件结构方面并无太多报道。而往往器件结构的变化，通常会大大提高其性能，所以合理的对钙钛矿太阳能电池结构进行改变，对于进一步提高其器件性能具有重要的意义。
技术实现思路
本技术通过对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层(吸光层)进行分层制备，并在分层结构中嵌入具有优良导电性的一维导电纳米材料(本例中采用单壁碳纳米管(SWCNT))，从而提高其载流子迁移率，进而提升器件性能。一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，主要内容为：在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，接近电子传输层的钙钛矿层为一维导电纳米材料嵌入的钙钛矿层，以达到提高载流子传输速率，进而提升其光电转化效率的目的，故此层一般约占钙钛矿层总厚度的80％；在一维导电纳米材料嵌入的钙钛矿层与空穴传输层之间为未嵌入一维导电纳米材料的钙钛矿层，目的是防止碳纳米管的嵌入导致器件正负极短路，用以达到隔离效果，约占钙钛矿层总厚度的20％。未嵌入一维导电纳米材料型的常规钙钛矿层相对于一维导电纳米材料嵌入型钙钛矿层厚度较薄。一维导电材料一维导电纳米材料嵌入型结构的钙钛矿层为一维导电纳米材料均匀分散嵌入到钙钛矿层中。未嵌入型的常规钙钛矿层为相对于一维导电纳米材料嵌入型结构的钙钛矿层而言钙钛矿层中没有嵌入一维导电纳米材料。本技术原则上钙钛矿层中嵌入的一维导电纳米材料需符合尺寸要求。具体尺寸要求一般为：一维材料直径应远远小于钙钛矿层总厚度(一维材料直径小于等于10nm，钙钛矿层总厚度约为650nm)，以免影响钙钛矿层的结晶质量。本技术以单壁碳纳米管(SWCNT)为例，以下简称SWCNT，优选SWCNT的长度为300-600nm，优选嵌入的密度为1×105―1×1010根/cm3(嵌入SWCNT钙钛矿层)。本技术着重于通过对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的分层嵌入碳纳米管，以碳纳米管优良的导电性，加快钙钛矿层载流子的传输速率。此外，由于SWCNT在钙钛矿层不同晶粒之间的贯穿，可以一定程度上消除晶界对载流子的阻碍作用，以提高载流子迁移率，进而达到提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率的目的。SWCNT嵌入型结构的钙钛矿层与未嵌入SWCNT型结构的钙钛矿层中的钙钛矿层成分一样。以正式平面结构的钙钛矿太阳能电池为例：(1)在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，两层厚度可调。靠近电子传输层的钙钛矿层为SWCNT嵌入层，用以达到提高载流子传输速率的效果，此层厚度占钙钛矿层总厚度的80％；(2)在SWCNT嵌入层上方形成未嵌入SWCNT的钙钛矿层，目的是防止SWCNT的嵌入导致器件电子、空穴传输层相连，用以达到隔离的效果，此层占钙钛矿层总厚度的20％。通过对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的SWCNT分层嵌入，提高了载流子迁移率，可使最终光电转化效率提升约2％。附图说明图1为本技术钙钛矿太阳能电池分层示意图：(1)ITO玻璃(2)电子传输层(3)SWCNT嵌入型钙钛矿层(4)无SWCNT嵌入型钙钛矿层(5)空穴传输层(6)金属电极。图2为本技术钙钛矿层SWCNT的嵌入贯穿晶界示意图：(1)为晶粒之间的晶界(2)为SWCNT。具体实施方式以下结合附图，对本技术做较详细说明。但本技术并不仅限于以下实施例。因本技术侧重于钙钛矿太阳能电池钙钛矿层结构的创新以达到增加载流子迁移率的目的，故对具体实验药品配比、条件控制，可依各研究者具体实验情况而定。(1)ITO玻璃的清洗。先后用去离子水、甲苯、丙酮、乙醇、去离子水、各超声15min，然后用氮气枪吹干，放入培养皿。(2)将ITO玻璃用紫外处理20min，以增加其亲水性。(3)电子传输层的制备。用配置好的2.67％的SnO2水溶液2000转/min，30s，150℃退火30min，所制备电子传输层，约30nm。(4)分层钙钛矿的制备。采用两步法，分别配置两份1.3mol/L，PbI2溶液，一份掺入SWCNT(碳纳米管的长度为300-600nm，以最终形成钙钛矿层嵌入量为3×1012―5×1012根/cm3SWCNT钙钛矿层为宜，一份无掺入SWCNT。匀胶机以动态滴胶，先慢速500转/min，20s，后1500转/min，30s的方式依次旋涂PbI2(所需滴加量可依据所需制备的分层厚度控制)，70℃退火30min，冷却。然后旋涂FAI、MABr、MACl的混合溶液(可依据各实验组各自情况)，150℃退火20min，完成钙钛矿层的制备。此处也可采用双源热蒸镀的方法，精确控制钙钛矿膜层的厚度。最终钙钛矿层总厚度约650纳米。(掺杂层的厚度为总厚度的月80％，未掺杂层的厚度为总厚度的月20％)(5)空穴传输层的制备。将配置好的sprio进行旋涂，3000转/min，30s，约80nm。(6)金属电极制备。采用金属热蒸镀，制备Au电极，约50nm。完成制备。采用上述技术方案相对于单一钙钛矿层且未掺杂SWCNT的钙钛矿太阳能电池，其最终光电转化效率约可提升2％。最后说明的是，本技术着重于结构的创新，以上实施例仅用以说明本技术的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本技术的创新方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术创新方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本技术的权利要求范围当中。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，其特征在于，在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，接近电子传输层的钙钛矿层为一维导电材料嵌入型结构的钙钛矿层，在碳纳米管嵌入型钙钛矿层与空穴传输层之间为未嵌入型结构的钙钛矿层，未嵌入型的常规钙钛矿层相对于碳纳米管嵌入型钙钛矿层厚度较薄。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，其特征在于，在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，接近电子传输层的钙钛矿层为一维导电材料嵌入型结构的钙钛矿层，在碳纳米管嵌入型钙钛矿层与空穴传输层之间为未嵌入型结构的钙钛矿层，未嵌入型的常规钙钛矿层相对于碳纳米管嵌入型钙钛矿层厚度较薄。2.按照权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，其特征在于，一维导电材料嵌入型结构的钙钛矿层为一维导电材料嵌入均匀分散嵌入到钙钛矿层中；未嵌入型的常规钙钛矿层为相对于一维导电材料嵌入型结构的钙钛矿层而言钙钛矿层中没有嵌入一维导电材料。3.按照权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，其特征在于，一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙俊杰，高红丽，邓金祥，韩昌报，张永哲，严辉，张浩，陈亦川，孟琦，肖悦悦，宋雪梅，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：新型
国别省市：北京,11