一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法技术

本发明专利技术公开了一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，包括如下步骤：步骤1：选择镀有SnO2:F(FTO)透明导电薄膜的玻璃作为衬底；步骤2：在FTO薄膜表面沉积一层致密层TiO2作为空穴阻挡层；步骤3：在致密层TiO2表面沉积一层介孔层TiO2作为电子传输层；步骤4：在介孔层TiO2表面旋涂一层碱金属氟化物掺杂的钙钛矿材料CH3NH3PbI3作为光吸收层；步骤5：在掺杂的钙钛矿光吸收层表面旋涂一层Spiro–OMeTAD作为空穴传输层；步骤6：在空穴传输层表面真空蒸镀一层金膜作为太阳电池的正极，完成电池制作。本发明专利技术的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法能够大幅度提高钙钛矿太阳电池的能量转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法
本专利技术属于新型掺杂的钙钛矿太阳电池领域，具体涉及一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法。
技术介绍
近年来，钙钛矿(CH3NH3PbI3)太阳电池凭借它自身的优点，受到越来越多的重视和青睐，例如，较大的吸收系数，较长的电子空穴扩散长度，较高的载流子迁移率，较高的能量转换效率，较低的制备成本和简单的制作工艺等。而且，与其他的太阳电池相比较而言，钙钛矿太阳电池的效率提升也十分迅速。从2009年到2016年，钙钛矿太阳电池的能量转换效率已经从3.8％达到了22.1％。钙钛矿的经典结构式为ABX3，其中A一般是CH3NH3+(MA),或CH3(NH2)+(FA)；B一般为Pb2+，Ge2+，或Sn2+；X一般为I-，Br-，或Cl-。现在最常见的钙钛矿材料为CH3NH3PbI3，研究者们一般会根据钙钛矿的结构式来进行不同物质的掺杂和修饰，从而达到提高钙钛矿太阳电池效率的目的。例如，在钙钛矿前驱液中加入CsI、CH3NH3Br、PbCl2等来实现Cs-、Br-和Cl-等离子的掺杂来提高钙钛矿电池的能量转换效率和稳定性。最近，一些研究者发现在PbI2的前驱体溶液中加入微量的无机化合物NaI和KI，可以钝化钙钛矿薄膜表面的缺陷，使太阳电池的效率提高。为此，本领域迫切一种制备方法来提高太阳电池的能量转换效率。
技术实现思路
本专利技术之目的是提供一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其能够有效提高太阳电池的能量转换效率。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，包括如下步骤：步骤1：选择镀有SnO2:F(FTO)透明导电薄膜的玻璃作为衬底；步骤2：在FTO薄膜表面沉积一层致密层TiO2作为空穴阻挡层；步骤3：在致密层TiO2表面沉积一层介孔层TiO2作为电子传输层；步骤4：在介孔层TiO2表面旋涂一层碱金属氟化物掺杂的钙钛矿材料CH3NH3PbI3作为光吸收层；步骤5：在掺杂的钙钛矿光吸收层表面旋涂一层Spiro–OMeTAD作为空穴传输层；步骤6：在空穴传输层表面真空蒸镀一层金膜作为太阳电池的正极，完成电池制作。优选地，所述碱金属氟化物包括NaF、KF、RbF或CsF。优选地，致密层TiO2是用溶胶凝胶法旋涂在FTO导电玻璃上的，转速为3000rpm/min，旋涂时间为30s，并在450℃的条件下煅烧30min。优选地，介孔层TiO2是用溶胶凝胶法旋涂在致密层TiO2薄膜上的，转速为4000rpm/min，旋涂时间为40s，并在500℃的条件下煅烧40min。优选地，在进行步骤4之前，介孔层TiO2浆料与无水乙醇按质量比为2:7的比例混合，搅拌24h后备用。优选地，所述光吸收层的制备方法包括以下步骤：将CH3NH3I与PbI2按照摩尔比为1:1溶解于二甲基亚砜(DMSO)和丁内脂(GBL)按体积比为3:7的混合溶剂中，形成钙钛矿前驱液；将碱金属氟化物溶解于DMSO形成掺杂溶液，并将制备好的掺杂溶液溶于所述钙钛矿前驱液中，在70℃条件下加热搅拌12h后使用；用移液枪提取30ul的掺杂后的所述钙钛矿前驱液，以低速1000rpm/min和高速4000rpm/min、旋涂时间分别为10s和30s的方式旋涂到介孔层TiO2薄膜上；最后，在100℃的恒温加热平台上退火20min。优选地，所述空穴传输层的制备方法包括以下步骤：用电子天平秤取一定量的Spiro-OMeTAD溶于氯苯中，搅拌并标记为A溶液；用电子天平秤取适量的锂盐，溶于无水乙腈中，搅拌并标记为B溶液，等两种溶液均为透明澄清后，停止搅拌；分别取少量的B溶液和D-TBP溶于A溶液中，进行搅拌，待混合溶液成透明澄清溶液；最后，以转速3000rpm/min和时间30s的方式旋涂在所述光吸收层上。优选地，所述太阳电池的正极是用真空热蒸发的方法在空穴传输层上蒸镀的。优选地，所述NaF、KF、RbF或CsF为无水NaF、KF、RbF或CsF。优选地，所述掺杂溶液中所述碱金属氟化物掺杂浓度范围为0～1.5mol％。本专利技术的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法相比于现有技术具有如下优点：通过在钙钛矿的前驱液中首次加入了适量的碱金属氟化物(NaF、KF、RbF或CsF)，并采用了操作步骤较为简单的一步法制备钙钛矿太阳电池，最终使得太阳电池的能量转换效率分别从不掺杂的10.5％提升到14％(NaF掺杂)以及14.9％(KF掺杂)。附图说明为了更清楚地说明本专利技术示例或现有技术中的技术方案，下面将对示例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些示例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例NaF掺杂量分别为0mol％、0.25mol％、0.5mol％和0.75mol％所对应的J-V曲线；图2是本专利技术实施例NaF掺杂量分别为0mol％、0.25mol％、0.5mol％和0.75mol％所对应电池性能参数；图3是本专利技术实施例KF掺杂量分别为0mol％、0.5mol％、1mol％和1.25mol％所对应的J-V曲线；图4是本专利技术实施例KF掺杂量分别为0mol％、0.5mol％、1mol％和1.25mol％所对应电池性能参数；图5是本专利技术实施例NaF和KF掺杂下最优效率对应的J-V曲线，其掺杂量分别为0.5mol％和1mol％；图6是本专利技术实施例NaF和KF掺杂下最优效率对应的电池性能参数，其掺杂量为0.5mol％和1mol％。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构及技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。图1为本专利技术的一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法的流程结构示意图，如图1所示，包括如下步骤：步骤1：选择镀有SnO2:F(FTO)透明导电薄膜的玻璃作为衬底；步骤2：在FTO薄膜表面沉积一层致密层TiO2作为空穴阻挡层；步骤3：在致密层TiO2表面沉积一层介孔层TiO2作为电子传输层；步骤4：在介孔层TiO2表面旋涂一层碱金属氟化物掺杂的钙钛矿材料CH3NH3PbI3作为光吸收层；步骤5：在掺杂的钙钛矿光吸收层表面旋涂一层Spiro–OMeTAD作为空穴传输层；步骤6：在空穴传输层表面真空蒸镀一层金膜作为太阳电池的正极，完成电池制作。其中，在具体蒸镀过程中，还可以选用银膜作为太阳电池的正极。需要说明的是，本专利技术中的碱金属氟化物包括NaF、KF、RbF或CsF。优选地，致密层TiO2是用溶胶凝胶法旋涂在FTO导电玻璃上的，转速为3000rpm/min，旋涂时间为30s，并在450℃的条件下煅烧30min。优选地，介孔层TiO2是用溶胶凝胶法旋涂在致密层TiO2薄膜上的，转速为4000rpm/min，旋涂时间为40s，并在500℃的条件下煅烧40min。优选地，在进行步骤4之前，介孔层TiO2浆料与无水乙醇按质量比为2:7的比例混合，并强烈搅拌24h后备用。优选地，光吸收层的制备方法包括以下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，包括如下步骤：步骤1：选择镀有SnO2:F(FTO)透明导电薄膜的玻璃作为衬底；步骤2：在FTO薄膜表面沉积一层致密层TiO2作为空穴阻挡层；步骤3：在致密层TiO2表面沉积一层介孔层TiO2作为电子传输层；步骤4：在介孔层TiO2表面旋涂一层碱金属氟化物掺杂的钙钛矿材料CH3NH3PbI3作为光吸收层；步骤5：在掺杂的钙钛矿光吸收层表面旋涂一层Spiro–OMeTAD(2,2',7,7'‑四[N,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9'‑螺二芴)作为空穴传输层；步骤6：在空穴传输层表面真空蒸镀一层金膜作为太阳电池的正极，完成电池制作。

【技术特征摘要】
1.一种碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，包括如下步骤：步骤1：选择镀有SnO2:F(FTO)透明导电薄膜的玻璃作为衬底；步骤2：在FTO薄膜表面沉积一层致密层TiO2作为空穴阻挡层；步骤3：在致密层TiO2表面沉积一层介孔层TiO2作为电子传输层；步骤4：在介孔层TiO2表面旋涂一层碱金属氟化物掺杂的钙钛矿材料CH3NH3PbI3作为光吸收层；步骤5：在掺杂的钙钛矿光吸收层表面旋涂一层Spiro–OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)作为空穴传输层；步骤6：在空穴传输层表面真空蒸镀一层金膜作为太阳电池的正极，完成电池制作。2.根据权利要求1所述的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，所述碱金属氟化物包括NaF、KF、RbF或CsF。3.根据权利要求1所述的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，致密层TiO2是用溶胶凝胶法旋涂在FTO导电玻璃上的，转速为3000rpm/min，旋涂时间为30s，并在450℃的条件下煅烧30min。4.根据权利要求1所述的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，介孔层TiO2是用溶胶凝胶法旋涂在致密层TiO2薄膜上的，转速为4000rpm/min，旋涂时间为40s，并在500℃的条件下煅烧40min。5.根据权利要求1所述的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，在进行步骤4之前，介孔层TiO2浆料与无水乙醇按质量比为2:7的比例混合，搅拌24h后备用。6.根据权利要求1所述的碱金属氟化物掺杂的钙钛矿太阳电池制备方法，其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王渊旭，王科范，杨癸，张丽英，程振祥，张永，
申请(专利权)人：安阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41