一种用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，包括以下步骤：（1）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电基底；（2）在步骤（1）所得透明导电基底上制备拓扑绝缘体电子传输层；（3）依次将钙钛矿CH3NH3PbX3吸光层、空穴传输层旋涂至拓扑绝缘体电子传输层上，再覆盖对电极，得到用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。本发明专利技术采用拓扑绝缘体这一类全新的量子物态作为电子传输层，其体相是有能隙的绝缘体，表面是金属态，载流子可以沿材料表面迅速传导，使电子传输具有方向性，能减少表面复合，不会因外来的扰动而失去电子性，能提高钙钛矿太阳能电池的稳定性及光电转换效率。
【技术实现步骤摘要】
一种用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池
本专利技术属于有机光电-太阳能电池领域，尤其涉及一种用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
能源是人类生存和发展的根本要素之一，全球自工业化发展以来，对能源的需求呈几何级数增长。而传统的化石能源储量却十分有限。过去的几十年中，人类开始尝试使用风能、水能、潮汐能、生物能等一系列可再生能能源。其中，太阳能由于总储量大，无地域限制，以及使用手段安全无污染等优点受到广泛关注。CH3NH3PbX3作为一种新型的光敏材料，在2009年被首先合成并应用于染料敏化太阳能电池中，分别获得了3.8%和3.1%的光电转换效率（J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050~6051）。目前报道的一种高稳定性的单片钙钛矿/硅串联太阳能电池的光电效率高达23.6%（KevinA.Bush,ZacharyC.Holman,MichaelD.McGeheeetal.23.6%-efficientmonolithicperovskite/silicontandemsolarcellswithimprovedstability.NatureEnergy2017,2,17009.）。钙钛矿型太阳能电池主要采用TiO2作为电子传输层，但常规的TiO2材料具有比表面积大、复合严重、表面具有众多陷阱态等无法避免的缺点。中国专利CN20167368U公开了一种以溅射ZnO为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，通过磁控溅射的方法制备电子传输层，改善钙钛矿太阳能电池性能。但采用ZnO作为光阳极，导电性较差，磁控溅射步骤难控制，不利于工业化应用。中国专利CN105489770A公开了一种氧化铟电子传输层平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具体为采用低温溶液法合成的In2O3作为电子传输层，制备钙钛矿太阳能电池。但是采用旋涂烧结步骤所制备的In2O3电子传输层具有多孔膜结构，比表面积较大，因此具有较大的界面复合，不利于光电器件性能的提升。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种光电转换效率较高的用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是，一种用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其采用拓扑绝缘体作为电子传输层。具体包括以下步骤：（1）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电基底；（2）在步骤（1）所得透明导电基底上制备拓扑绝缘体电子传输层；（3）依次将钙钛矿CH3NH3PbX3吸光层、空穴传输层旋涂至拓扑绝缘体电子传输层上，再覆盖对电极，得到用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。上述的制备方法，优选的，所述步骤（1）中，清洗方式为：依次采用去离子水、无水乙醇、异丙醇超声震荡清洗透明FTO导电玻璃15~20min，震荡结束后，采用臭氧氧化表面有机机团。上述的制备方法，优选的，所述步骤（2）中，拓扑绝缘体电子传输层的种类包括但不限于Bi2Se3、Sb2Te3、Bi2Te3。拓扑绝缘体的制备方法属于现有技术。所述步骤（2）中，Bi2Se3拓扑绝缘体电子传输层的制备方法，优选包括以下步骤（以Bi2Se3为例）：①按照摩尔比为2:3的比例称取铋粉和硒粉，装入石英管中密封，抽真空至3×10-3~6×10-3Pa，并密封；将石英管放入真空管式炉中，升温至700~800℃，保温60~80h，冷却至室温，得到Bi2Se3块材；②称取步骤①所得Bi2Se3块材，研磨成粉末，装入石英管一端，石英管另一端装入步骤（1）所得透明导电基底，将石英管抽真空至3×10-3~6×10-3Pa，水平放入真空管式炉中，采用气相传输法（VT）制备超薄Bi2Se3拓扑绝缘体材料(参见李小帅.Bi2Se3拓扑绝缘体制备与力学、电化学性能研究[D].东南大学,2015.)，设置原料底端温度为700~800℃，透明导电基底温度设置为350~500℃，保温16~24h，然后随炉冷却至室温，透明导电基底上生成Bi2Se3纳米结构拓扑绝缘体电子传输层。以上拓扑绝缘体电子传输层的制备方法中，若制备Sb2Te3拓扑绝缘体电子传输层，可采用其他方法，也可参考Bi2Se3拓扑绝缘体电子传输层的制备方法，不同之处在于：步骤①中，采用碲粉和锑粉代替铋粉和硒粉，得到的是Sb2Te3块材；步骤②中，制备的是Sb2Te3纳米结构拓扑绝缘体电子传输层。其他参数与Bi2Se3的制备方法相同。若制备Bi2Te3拓扑绝缘体电子传输层，可采用其他方法，也可参考Bi2Se3拓扑绝缘体电子传输层的制备方法，不同之处在于：步骤①中，采用碲粉代替硒粉，得到的是Bi2Te3块材；步骤②中，制备的是Bi2Te3纳米结构拓扑绝缘体电子传输层。其他参数与Bi2Se3的制备方法相同。上述的制备方法，优选的，所述步骤（3）中，钙钛矿CH3NH3PbX3吸光层的制备过程：将CH3NH3PbX3溶液旋涂在步骤（2）所得的拓扑绝缘体电子传输层上（通过旋涂方式使有机溶剂挥发）。所述CH3NH3PbX3溶液的制备方法：将质量百分比为60~80%的二甲基甲酰胺、10~40%的CH3NH3X和5~10%的PbX2混合，在60~80℃下搅拌12~18h，即得，其中，X=Cl、I或Br。上述的制备方法，优选的，所述步骤（3）中，空穴传输层是由空穴传输材料溶液旋涂所得，所述空穴传输材料溶液是浓度为0.06~0.07mol/L的2,2’,7,7’-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9’-螺二芴（Spiro-OMeTAD）的氯苯溶液。上述的制备方法，优选的，所述步骤（3）中，钙钛矿CH3NH3PbX3吸光层、空穴传输层的旋涂速度为2500~4000rpm，旋涂时间为30~60s。上述的制备方法，优选的，所述步骤（3）中，对电极为铂电极或金电极。本专利技术之拓扑绝缘体是一类全新的量子物态，其体相是有能隙的绝缘体，表面是金属态，载流子可以沿材料表面迅速传导，使电子传输具有方向性，减少表面复合。而且拓扑绝缘体的表面态受到严格的拓扑保护，不会因外来的扰动而失去电子性，能提高拓扑绝缘体钙钛矿太阳能电池的稳定性。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术选用拓扑绝缘体作为电子传输层，体相表现为有能隙的绝缘体；表面为无能隙的金属态，具有高导电性，能提供稳定的导电通道，有利于钙钛矿太阳能电池中载流子的传输，降低界面上光生载流子的复合，增强器件的光电性能。同时采用化学蒸镀法制备的薄膜致密平整，有利于电子传输；且该种表面态受到严格的拓扑保护，不会因外来的扰动而失去金属性，能提高器件的光电性能。附图说明图1是本专利技术之用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2是采用气相传输法制备拓扑绝缘体纳米材料的装置示意图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下文将结合较佳的实施例对本专利技术作更全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体的实施例。除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本专利技术的保护范围。除有特别说明，本专利技术中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。实施例1：本实施例之用拓扑绝缘本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，其采用拓扑绝缘体作为电子传输层。
【技术特征摘要】
1.一种用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，其采用拓扑绝缘体作为电子传输层。2.根据权利要求1所述的用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括以下步骤：（1）清洗透明FTO导电玻璃，得到透明导电基底；（2）在步骤（1）所得透明导电基底上制备拓扑绝缘体电子传输层；（3）依次将钙钛矿CH3NH3PbX3吸光层、空穴传输层旋涂至拓扑绝缘体电子传输层上，再覆盖对电极，得到用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池。3.根据权利要求2所述的用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述步骤（1）中，清洗方式为：依次采用去离子水、无水乙醇、异丙醇超声震荡清洗透明FTO导电玻璃15~20min，震荡结束后，采用臭氧氧化表面有机机团。4.根据权利要求2或3所述的用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述步骤（2）中，拓扑绝缘体电子传输层为Bi2Se3、Sb2Te3、Bi2Te3中的至少一种。5.根据权利要求4所述的用拓扑绝缘体作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，Bi2Se3拓扑绝缘体电子传输层的制备方法，包括以下步骤：①按照摩尔比为2:3的比例称取铋粉和硒粉，装入石英管中密封，抽真空至3×10-3~6×10-3Pa，并密封；将石英管放入真空管式炉中，升温至700~800℃，保温60~80h，冷却至室温，得到Bi2Se3块材；②称取步骤①所得Bi2Se3块材，研磨成粉末，装入石英管一端，石英管另一端装入步骤（1）所得透明导电基底，将石英管抽真...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨英，张政，郭学益，高菁，潘德群，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43
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