本发明专利技术涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿型太阳能电池由FTO玻璃基底、三明治结构TiO2/ZnO/TiO2致密层、TiO2介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层、spiro-OMeTAD空穴传输层与金电极组成。与现有技术相比，三明治结构TiO2/ZnO/TiO2致密层结合了TiO2和ZnO二者的优缺点，使本发明专利技术的钙钛矿型太阳能电池的填充因子提高到70％，光电转换效率达到12.6％。本发明专利技术制备钙钛矿型太阳能电池设备简易，制备工艺简单，易于控制，成本较低，具有非常良好的工业应用前景。
【技术实现步骤摘要】
【
】 本专利技术属于太阳能电池
。更具体地，本专利技术涉及一种钙钛矿型太阳能电 池，还涉及所述钙钛矿型太阳能电池的制备方法。 【
技术介绍
】 钙钛矿型太阳能电池是一种新型太阳能电池，采用钙钛矿结构的有机-金属卤化 物吸光材料具有优良的光吸收、光电转化特性以及优异的光生载流子输运特性。因此，采用 这种新型光电转化材料的钙钛矿太阳能电池表现出特别优异的光电转化效率。目前钙钛矿 型太阳能电池实验室样品光电转化效率已高达16. 7 %，其理论转化效率最高可达50 %，是 目前市场上销售的太阳能电池转化效率的2倍，可大幅度降低太阳能电池的使用成本，是 当今最有前途的光伏技术之一。这种钙钛矿ABX 3-般采用气相法和液相法合成。气相法 合成的钙钛矿敏化太阳能电池光电转换效率高，但制备过程对设备和环境有非常严格的要 求。液相法合成钙钛矿所需设备便宜，操作简单，光电转换效率也超过15%，更适合市场化 应用。 在这种太阳能电池中，一般采用介孔纳米结构作为支架负载吸光材料，介孔纳米 结构具有比较大的比表面积，可吸附较多的吸光物质，从而获得较大的光生电流以及高的 理论效率。矿钙钛型太阳能电池的电子与空穴扩散长度是l〇〇-l〇〇〇nm，远远低于N719等染 料敏化太阳能电池的扩散长度?10 μ m，所以组装的矿钙钛型太阳能电池的物理厚度也不 能太厚，一般是几百纳米至l〇〇〇nm。几百纳米的介孔纳米电极负载上钙钛矿吸光材料和空 穴传输材料，然后蒸镀上金电极，由于介孔纳米结构层比较薄，很容易出现钙钛矿纳米晶体 或空穴传输材料与导电电极接触，造成光生电子和光生空穴复合或者电池阴阳极短路的情 况，影响太阳能电池的光伏性能。为了避免出现这种情况，需要在介孔结构和导电玻璃之间 增加一层致密层，以增加空穴阻挡和促进电子传输的作用，所以在这种太阳能电池中，空穴 阻挡层即致密层非常关键。 到目前为止，一般采用二氧化钛或氧化锌单一材料纳米颗粒膜作为钙钛矿 型太阳能电池的致密层，起到阻挡空穴和输运电子的作用（例如CN201310297115、 CN201310257024)。Ti02在新型太阳电池中被广泛使用，但作为钙钛矿太阳电池的致密层， 其导电能力有限；ZnO电子输运速率比Ti0 2高2-3个数量级，但与钙钛矿结构材料接触界面 较差，会出现许多复合中心。另外，纳米颗粒表面存在很多阻碍电子传输的捕获态，大量的 晶界也有可能增加电子复合的几率，从而降低电池的性能。就致密层薄膜制备技术而言，采 用化学法（如湿化学或电化学沉积法等）制备工艺简单，成本较低，但反应过程不易控制， 得到的膜不够均匀致密，且纳米颗粒表面存在较多的缺陷态和晶界；如文献报道用二（乙 酰丙酮基）钛酸二异丙酯溶液在氧气氛围中喷雾裂解得到二氧化钛致密层，组装成钙钛矿 型太阳能电池的光电转换效率也超过15%，但喷雾裂解过程对氧气气氛及喷雾速度控制等 要求严格。采用物理法（如激光脉冲，磁控溅射等）得到的致密层薄膜的结构较好，但生产 成本太高，工艺复杂，不利于工业生产。 因此，本专利技术人在总结现有技术的基础上，通过大量实验研究，终于完成了本发 明。 【
技术实现思路
】 [要解决的技术问题] 本专利技术的目的是提供一种钙钛矿型太阳能电池。 本专利技术的另一个目的是提供所述钙钛矿型太阳能电池的制备方法。 [技术方案] 本专利技术是通过下述技术方案实现的。 本专利技术涉及一种钙钛矿型太阳能电池。 所述的钙钛矿型太阳能电池按照下述顺序由FT0玻璃基底、三明治结构Ti02/Zn0/ Ti02致密层、Ti02介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层、spiro-OMeTAD空穴传输层与金电极 组成，而所述的致密层由Ti0 2、ZnO和Ti02膜按照先后顺序组成。 根据本专利技术的一种优选实施方式，所述三明治1102/211〇/1102致密层的厚度是 100 ?150nm。 根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述Ti02介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层 的厚度是500?650nm。 根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述的钙钛矿结构材料是化学式为ABX3的材 料，其式中A代表甲基胺；B代表Pb ;X是一种或两种选自碘、溴或氯的卤素元素。 根据本专利技术的另一种优选实施方式，所述空穴传输层的厚度是300?500nm。 本专利技术涉及一种钙钛矿型太阳能电池的制备方法。 所述钙钛矿型太阳能电池制备方法的步骤如下： A、FT0玻璃基底预处理 FT0玻璃表面分别用去离子水、丙酮与酒精进行超声清洗，然后用氮气吹干，再用 紫外光臭氧清洗； B、制备三明治Ti02/Zn0/Ti02(简写为Tl/Zn0/T2)致密层 (i)制备 Ti02 层 将1体积份二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯在38?42体积份乙醇中的溶液旋涂 在步骤A得到的FT0玻璃基底上，再转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火 处理25?35min，得到Ti0 2层；然后 (ii)制备 Ti02/Zn0 层 制备0. 2mol/L等量醋酸锌和二乙醇胺的乙醇溶液，再旋涂在步骤（i)得到的Ti02 层上，然后转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理25?35min，得到 Ti02/Zn0层；接着 (i i i)制备 Ti02/Zn0/Ti02 层 将步骤（i)的二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯乙醇溶液旋涂在步骤（ii)得到的 Ti02/Zn0层上，再转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理25?35min， 得到厚度 1〇〇 ?150nm 的 Ti02/Zn0/Ti02 层； C、制备Ti02介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层 将Ti02与乙醇按照重量比1 :3?4制成Ti02浆料，然后旋涂在步骤B得到的Ti02/ Zn0/Ti02层上，再转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理25?35min， 于是在Ti0 2/Zn0/Ti02层上形成Ti02介孔层； 接着旋涂浓度0. 8?1. 2mol/L碘化铅、氯化铅或溴化铅溶液，然后在浓度8? 12mg/mlCH3NH3I异丙醇中溶液里浸泡8?12min，取出FT0玻璃，用异丙醇洗涤，再在温度 75 ?85°C下加热 18 ?22min，生成 CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl 2I 或 CH3NH3PbBr2I 钙钛矿结构材 料；于是得到厚度500?650nm的Ti02介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层； D、组装钙钛矿型太阳能电池 将浓度 7〇 ?l2〇mg/mLspir〇-〇MeTAD旋涂在步骤 C 生成的 CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl 2I 或CH3NH3PbBr2I钙钛矿结构材料层上，形成spiro-OMeTAD空穴传输层，然后蒸镀金电极，于 是组装得到钙钛矿型太阳能电池。 根据本专利技术的一种优选实施方式，在步骤B中，制备Ti02层的步骤如下： 将步骤A得到的FT0玻璃基底置入0. 08?0. 20mol/L氟钛酸铵和0. 18? 0. 22mol/L硼酸的混合液中，在温度36?42°C的条件下处理0. 8?1. 2h，在温度400? 500°C的条件下进行退火处理25?35min，得到Ti02层。 根据本专利技术的另一种优选实施方式，在步骤C中，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钙钛矿型太阳能电池，其特征在于该钙钛矿型太阳能电池按照下述顺序由FTO玻璃基底、三明治结构TiO2/ZnO/TiO2致密层、TiO2介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层、spiro‑OMeTAD空穴传输层与金电极组成，而所述的致密层由TiO2、ZnO和TiO2膜按照先后顺序组成。
【技术特征摘要】
1. 一种钙钛矿型太阳能电池，其特征在于该钙钛矿型太阳能电池按照下述顺序由FTO 玻璃基底、三明治结构Ti02/Zn0/Ti02致密层、Ti02介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层、 spiro-OMeTAD空穴传输层与金电极组成，而所述的致密层由Ti02、ZnO和Ti02膜按照先后 顺序组成。2. 根据权利要求1所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于所述三明治Ti02/Zn0/Ti02 致密层的厚度是100?150nm。3. 根据权利要求1所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于所述Ti02介孔/钙钛矿结 构材料活性吸光层的厚度是500?650nm。4. 根据权利要求1或3所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于所述钙钛矿结构材料 是化学式为ABX3的材料，其式中A代表甲基胺；B代表Pb ;X是一种或两种选自碘、溴或氯 的卤素元素。5. 根据权利要求1所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于所述空穴传输层的厚度是 300 ?500nm。6. -种钙钛矿型太阳能电池的制备方法，其特征在于该制备方法的步骤如下： A、 FT0玻璃基底预处理 FT0玻璃表面分别用去离子水、丙酮与酒精进行超声清洗，然后用氮气吹干，再用紫外 光臭氧清洗； B、 制备三明治Ti02/Zn0/Ti02致密层 (i) 制备Ti02层 将1体积份二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯在38?42体积份乙醇中的溶液旋涂在步 骤A得到的FT0玻璃基底上，再转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理 25?35min，得到110 2层；然后 (ii) 制备 Ti02/Zn0 层 制备0.2mol/L等量醋酸锌和二乙醇胺的乙醇溶液，再旋涂在步骤（i)得到的1102层 上，然后转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理25?35min，得到Ti02/ ZnO层；接着 (iii) 制备!102/211〇/1102层 将步骤（i)的二（乙酰丙酮基）钛酸二异丙酯乙醇溶液旋涂在步骤（ii)得到的Ti02/ ZnO层上，再转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理25?35min，得到 厚度 100 ?150nm 的 Ti02/Zn0/Ti02 层； C、 制备Ti02介孔/钙钛矿结构材料活性吸光层 将Ti02与乙醇按照重量比1 :3?4制成Ti02浆料，然后旋涂在步骤B得到的Ti02/Zn0/ Ti02层上，再转移到马弗炉中在温度400?500°C的条件下进行退火处理25?35min，于是 在Ti0 2/Zn0/Ti02层上...
【专利技术属性】
技术研发人员：段金霞，王浩，张军，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42
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