一种无铅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了一种无铅钙钛矿太阳能电池，其包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。本申请还提供了上述无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法。本申请利用Bi离子作为钙钛矿光吸收层中的替代离子，从而形成环境友好且稳定性好的无铅钙钛矿太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
在众多的新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注。钙钛矿太阳能电池的发展起源于敏化太阳能电池，且基于敏化太阳能电池、有机太阳能电池等在过去二十年里积累的经验，才得以飞速发展。钙钛矿是一类具有高度对称紧密堆积结构的材料，化学和物理性质多样，在过去的数十年里得到了广泛的研究。近年来，基于无机有机杂化钙钛矿的太阳能电池得到了前所未有的关注，多晶薄膜钙钛矿光伏器件的功率转换效率已经超过22.1％，但目前杂化钙钛矿材料的稳定性很差，暴露在光照、受热或者与水和氧气接触的条件下极容易在短时间内降解失效。另外，目前主流的杂化钙钛矿材料含有有毒的重金属元素铅，由于铅的毒性比较大，目前高效的钙钛矿太阳能电池中的铅对环境造成很大污染还对人的神经系统、生殖系统和脑部系统造成不可逆转的损伤。另外，现有的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层均采用spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，这种材料的合成工艺相当复杂并且价格昂贵，不利于钙钛矿基太阳能电池的商业化推广。因此，传统钙钛矿太阳能电池的无铅化、提升其稳定性以及降低成本将成为科研工作者下一步攻关的一个重点的研究内容。寻找环境友好的金属离子来取代铅是钙钛矿进一步发展的重点之一，研发环保绿色稳定低成本的无铅钙钛矿太阳能电池具有重要的意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种无铅钙钛矿太阳能电池，本申请提供的无铅钙钛矿太阳能电池稳定性好，且环境友好。有鉴于此，本申请提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。优选的，所述光吸收层的厚度为400nm～550nm。优选的，所述电极的材料为Ag、Al或导电碳材料；所述电子传输层的材料为ZnO、TiO2或有机电子传输材料；所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS4083；所述衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃；所述活性层的材料为P3HT:PCBM。优选的，所述电子传输层的厚度为20～200nm，所述空穴传输层的厚度为30～300nm，所述电极的厚度为40～120nm，所述活性层的厚度为50～300nm。本申请还提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在衬底上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备活性层，在所述活性层上制备光吸收层，在所述光吸收层上制备空穴传输层，在所述空穴传输层上制备电极；所述光吸收层的制备过程具体为：将卤化铋与甲基溴化铵溶于溶剂中，反应后得到前驱体反应液；将所述前驱体反应液旋涂于活性层表面，热处理后得到光吸收层。优选的，所述活性层的制备具体为：将P3HT与PCBM的混合液旋涂于电子传输层表面，在室温下放置后进行退火，得到活性层。优选的，所述退火在热台上进行，所述退火的温度为100～150℃，时间为5min～30min。优选的，所述旋涂的转速为800～1200r/min，时间为45s～60s。优选的，所述电极的制备采用真空蒸镀法，在蒸镀的膜厚前20nm内蒸镀速率小于0.1nm/s。优选的，所述卤化铋为溴化铋。本申请提供一种无铅钙钛矿太阳能电池，其光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构；上述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构，其具有较高的稳定性，不易降解，同时该吸收层中不含铅元素等污染环境的元素，在环保性能方面具有明显的优势；进一步的，本申请提供的钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层的材料为PEDOT:PSS4083，该种材料有效降低了太阳能电池的成本，太阳能电池中设置的活性层提高了电子迁移率，同时提高了电池的效率。附图说明图1为现有技术的无铅太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术提供的无铅太阳能电池的结构示意图；图3为实施例1制备的(CH3NH3)3Bi2Br3薄膜的XRD图谱；图4为实施例1制备的太阳能电池的J-V曲线图；图5为实施例1制备的太阳能电池在不同时间段在AM1.5光照下的J-V测试曲线图；图6为实施例2制备的太阳能电池的J-V曲线图；图7为实施例3制备的太阳能电池的J-V曲线图；图8为对比例1制备的太阳能电池的J-V曲线图。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制。针对太阳能电池中铅的环境污染和危害人类健康问题，本专利技术利用Bi离子作为钙钛矿结构中的替代离子，从而形成了新型环境友好的无铅钙钛矿结构的太阳能电池。具体的，本申请提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。如图1所述，图1为现有技术太阳能电池的结构示意图，图2为本申请提供的太阳能电池的结构示意图，图中1为玻璃，2为ITO，3为电子传输层，4为光吸收层，5为空穴传输层，6为电极层，7为活性层。具体的，本申请用作电极的材料可以为金属材料Ag或Al，还可以为导电碳材料。本申请实施例中所述电极的材料为Ag。用作电子传输层的材料为无机n型半导体ZnO、TiO2或有机电子传输材料；在具体实施例中，本申请所述电子传输层的材料为TiO2，所述电子传输层的厚度为20～200nm。用作空穴传输层的材料可选自无机p型半导体或者有机空穴传输材料；在具体实施例中，所述空穴传输层材料为PEDOT：PSS4083，该种导电聚合物可有效降低太阳能电池的成本。所述空穴传输层的厚度为30～300nm。用作衬底的材料为方阻为10～50Ω/□的ITO导电玻璃或FTO导电玻璃，在具体实施例中，所述用作衬底的材料选自ITO导电玻璃，其方阻为20Ω/□，规格为1.5cm×1.5cm，其中ITO玻璃表面的有效覆盖面积为1.0cm×1.5cm。本申请光吸收层的材料为，其是一种钙钛矿结构的(CH3NH3)3Bi2Br3，其在光照、受热或者与水和氧气接触的条件下不易降解失效。本申请中所述光吸收层的厚度为400～550nm。目前典型的无铅钙钛矿CsSnX3光吸收层或CH3NH3SnX3(例如X＝Cl，I)光吸收层对空气极其敏感并且在室温的条件下数短时间内会变色、被氧化，从而改变其组成和结构。而在光照或受热的条件下对包含(CH3NH3)3Bi2Br9光吸收层的太阳能电池进行测试，在几个小时范围内太阳能电池无铅钙钛矿的晶型和外观形状的变化。本申请还在光吸收层与电子传输层之间设置了活性层，所述活性层的材料为P3HT:PCBM。该活性层是有机物(体)，能增加和有机光吸收层之间相容，以实现良好的接触，增加激子的分离，提高电子的传输能力，保证了电子的迁移率长程有序，同时能提高器件的效率。本专利技术还提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在衬底上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备活性层，在所述活性层上制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。

【技术特征摘要】
1.一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。2.根据权利要求1所述的无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层的厚度为400nm～550nm。3.根据权利要求1所述的无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极的材料为Ag、Al或导电碳材料；所述电子传输层的材料为ZnO、TiO2或有机电子传输材料；所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS4083；所述衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃；所述活性层的材料为P3HT:PCBM。4.根据权利要求1所述的无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为20～200nm，所述空穴传输层的厚度为30～300nm，所述电极的厚度为40～120nm，所述活性层的厚度为50～300nm。5.一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：在衬底上旋涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓晓千，冯祖勇，龙祖鑫，何苗，周海亮，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44