一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术通过对空穴传输层薄膜的潮湿空气处理，减少了接触电阻，电导性得到提高，进而提升电池电流，改善太阳能电池光电特性；同时，处理过程促进了氧气在空穴传输层和钙钛矿层内更好的扩散，减少了陷阱密度，降低了空穴传输层和钙钛矿层之间的界面电阻和电荷复合率，提高电荷收集与传输能力，进而提升电池电流与电压，改善太阳能电池光电特性，本发明专利技术提供的制备方法制备的钙钛矿太阳能电池填充因子可达0.7以上，短路电流密度可达15.24mA/cm2，开路电压可达0.95V，光电转换效率最高可达10.42％，具有良好的光电性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池，又称光伏电池，是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化为电能的装置。目前，市场上以硅基太阳能电池为主，然而其制造工艺复杂，生产能耗大，成本高，严重制约了其大规模推广应用。自2009年以来，钙钛矿太阳能电池凭借较高的量子效率、短路电流密度、开路电压等而备受关注，其主要是利用具有ABX3(A＝CH3NH3+，HC(NH2)2+等；B＝Pb2+，Sn2+等；X＝Cl-，Br-，SCN-，I-等)钙钛矿结构的光伏材料实现光电转换，具有效率高、质量轻、制作工艺简单、可制备成大面积柔性器件等特点突出优点。其倒装基本结构自下而上依次为玻璃衬底、透明电极层、电子传输层、钙钛矿材料吸光层、空穴传输层、金属电极，类似于p-(pi)-i-(in)-n的多层结构，是迄今为止，除了硅太阳能电池，单结效率最高的太阳能电池。但钙钛矿太阳能电池的钙钛矿材料吸光层对水非常敏感，在湿度大的空气中会与水发生化学反应进而破坏晶体结构，导致电池性能降低。因此，钙钛矿太阳能电池的制备和使用均控制在空气相对湿度低于30％的条件下，这在很大程度上限制了其应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术制备得到的钙钛矿太阳能电池可用于相对湿度高的空气中，具有良好的光电性能。本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、光阴极修饰层和光阴极层，对所述空穴传输层进行潮湿空气处理。优选的，所述潮湿空气处理具体为：在光阴极修饰层涂覆前，用潮湿空气对导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层四层复合膜结构中的空
穴传输层的表面进行喷吹。优选的，所述潮湿空气的相对湿度为30～50％。优选的，所述潮湿空气的相对湿度为35～49％。优选的，所述潮湿空气的温度为20～65℃。优选的，所述潮湿空气的温度为40～55℃。优选的，所述潮湿空气的喷吹流速为2～4L/min。优选的，所述潮湿空气处理的时间为8～12h。优选的，所述喷吹的方向为垂直于空穴传输层表面。本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制备的钙钛矿太阳能电池。本专利技术通过对空穴传输层薄膜的潮湿空气处理，利用高的相对湿度溶解薄膜中的部分有机物，加速物质在层间的传输，有助于薄膜的重建过程，进而有助于减少器件的接触电阻，提升薄膜层间传输的载流子寿命，通过电池的漏电流变小，电导性得到提高，进而提升电池电流，改善太阳能电池光电特性；同时，气流处理过程促进了氧气在空穴传输层和钙钛矿层内更好的扩散，使得薄膜材料能够更好地与空气接触，提高了空穴传输层的氧化程度和结晶性，减少了陷阱密度，降低了空穴传输层和钙钛矿层之间的界面电阻和电荷复合率，有利于提高电荷收集与传输能力，进而提升电池电流与电压，改善太阳能电池光电特性。实验结果表明，本专利技术提供的制备方法制备的钙钛矿太阳能电池填充因子可达0.7以上，短路电流密度可达15.24mA/cm2，开路电压可达0.95V，光电转换效率最高可达10.42％，具有良好的光电性能。本专利技术提供的制备方法操作简单、条件温和、能耗低、成本低廉、工艺易控，适宜大规模工业推广。附图说明图1为本专利技术对比例及实施例中导电玻璃结构示意图；图2为对比例及实施例钙钛矿太阳能电池的性能测试结构示意图，其中：1-FTO导电玻璃；2-TiO2电子传输层；3-钙钛矿CH3NH3PbIxCl3-x吸光层；4-Spiro-OMeTAD空穴传输层；5-MoO3阳极修饰层；6-Ag金属电极；7-金属导线；8-负载或测试装置；9-入射光；图3为本专利技术对比例及实施例制备的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线；图4为本专利技术对比例及实施例制备的钙钛矿太阳能电池的PL光谱图。具体实施方式本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、光阴极修饰层和光阴极层，对所述空穴传输层进行潮湿空气处理。在本专利技术中，所述潮湿空气处理优选为在光阴极修饰层涂覆前，用潮湿空气对导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层四层复合膜结构中的空穴传输层的表面进行喷吹。在本专利技术中，所述钙钛矿太阳能电池的制备优选包括以下步骤：(1)在导电玻璃表面依次涂覆电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，得到四层复合膜结构；(2)对步骤(1)中所述空穴传输层的表面进行潮湿空气处理；(3)在步骤(2)所述处理后的空穴传输层表面依次涂覆光阴极修饰层和光阴基层，得到钙钛矿太阳能电池。本专利技术对所述导电玻璃的种类没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的导电玻璃即可。在本专利技术中，所述导电玻璃优选为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃，更优选为FTO导电玻璃。在本专利技术中，所述FTO导电玻璃的方块电阻优选为6～8Ω/sq，更优选为6.5～7.5Ω/sq；所述FTO导电玻璃的透光率优选为大于85％，更优选为88～95％；所述FTO导电玻璃的刻蚀面积优选为总面积的1/4～1/2，更优选为1/3；所述FTO导电玻璃的面积优选为14～16mm×14～16mm。在本专利技术中，所述FTO导电玻璃作为光阳极层，具有良好的化学稳定性和良好的光电性能。本专利技术中优选首先对导电玻璃表面进行预处理。在本专利技术中，所述预处理优选包括紫外光处理。在本专利技术中，所述紫外光的波长优选为350～450nm；所述紫外光的强度优选为24～28mW/cm2。在本专利技术中，所述紫外光处理的时间优选为15～25min，更优选为18～22min。在本专利技术中，所述紫外光处理可以去除导电玻璃表面残留的有机杂质，改善导电玻璃表面形貌。完成所述预处理后，本专利技术优选在所述预处理得到的导电玻璃表面依次涂覆电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层，得到四层复合膜结构。本专利技术对所述四层复合膜结构的制备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的钙钛矿太阳能电池中四层复合膜结构的制备方法即可。本专利技术对所述电子传输层的材料没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用于电子传输层的材料即可。在本专利技术中，所述电子传输层优选为TiO2或ZnO，更优选为TiO2。在本专利技术中，所述电子传输层的厚度优选为30～60nm，更优选为40～50nm。在本专利技术中，所述电子传输层与钙钛矿层形成欧姆接触，能够有效传输电子，同时有效阻挡空穴传输。本专利技术优选在导电玻璃上涂覆电子传输层，得到双层复合膜结构。在本专利技术中，所述涂覆的方式优选为溅射、沉积或旋涂；本专利技术更优选将TiO2前驱体溶液以旋涂的方式涂覆到导电玻璃表面。在本专利技术中，所述旋涂的转速优选为6000～7000rpm，更优选为6400～6600rpm。在本专利技术中，所述旋涂优选在惰性气氛中进行。在本专利技术中，所述TiO2前驱体溶液的摩尔浓度优选为0.18～0.3mol/L，更优选为0.2～0.25mol/L。在本专利技术中，所述TiO2前驱体溶液优选由钛源溶液和盐酸溶液混合得到。在本专利技术中，所述钛源与盐酸的摩尔比优选为0.18～0.3:1，更优选为0.2～0.25:1。在本专利技术中，所述钛源优选为有机钛源，更优选具体为异丙醇钛。在本专利技术中，所述钛源溶液的溶剂优选为醇类溶剂，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、光阴极修饰层和光阴极层，其特征在于，对所述空穴传输层进行潮湿空气处理。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置的导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、光阴极修饰层和光阴极层，其特征在于，对所述空穴传输层进行潮湿空气处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述潮湿空气处理具体为：在光阴极修饰层涂覆前，用潮湿空气对导电玻璃、电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层四层复合膜结构中的空穴传输层的表面进行喷吹。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述潮湿空气的相对湿度为30～50％。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述潮湿空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李述体，张崇臻，袁松洋，夏超，戚明月，
申请(专利权)人：华南师范大学，
类型：发明
国别省市：广东;44