一种吸收光谱可调的钙钛矿太阳电池制造技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池，其结构自下而上为，ITO玻璃、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层、阴极，其中采用无毒的锡元素部分替代有毒的铅元素，降低了钙钛矿太阳能电池的毒性，有利于发展环境友好型的钙钛矿太阳能电池，并且通过改变活性层的成分，能够有效调控吸收光谱，使钙钛矿太阳能电池的外量子效率显著提高，得到了更大的光电流，提高电池的光电转换效率，并且适合应用在光探测器中。

【技术实现步骤摘要】
一种吸收光谱可调的钙钛矿太阳电池
本专利技术涉及一种太阳能电池的结构、制备方法以及应用，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池的结构、制备方法以及应用。
技术介绍
随着化石燃料日益枯竭，能源问题成为人们越来越关注的问题。太阳能作为一种可再生能源，并且是一种清洁能源，受到人们的青睐。目前，太阳能电池是应用最为广泛的一种利用太阳能的形式。近年来，钙钛矿太阳能电池异军突起，成为太阳能电池家族最受关注的新星。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率不断刷新纪录，目前最高的转化效率已经可以到22％左右。钙钛矿太阳能电池能够采用溶液法制备，适合低成本、大面积的制备工艺，并且能够制备于柔性衬底上，得到可弯曲的太阳能电池。虽然钙钛矿电池展现了惊人的效率，并且可以预见其光电转化效率仍然有望进一步提升，科学家近来发现，钙钛矿太阳能电池的转化效率或可以达到50％，但是由于钙钛矿太阳能电池的活性层含有毒性强的铅成分(如图1所示)，对日后应用钙钛矿太阳能电池产生了环境方面的挑战，如何降低钙钛矿活性层的毒性，成为人们追求的一个目标。另一方面吸光性能对于太阳能电池至关重要，如何调控钙钛矿的吸收光谱以改善吸光特性，是业界存在的一个技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，其具有低毒性和可调控的吸收光谱。所述钙钛矿太阳能电池的器件结构自下而上包括衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层、阴极。所述衬底为玻璃，所述阳极为ITO，所述阳极修饰层为PEDOT：PSS，所述阴极修饰层为两层，自下而上为PCBM、BCP，所述阴极为银。所述钙钛矿太阳能电池的活性层采用无毒的锡元素替代部分铅元素，得到一种低毒性的钙钛矿太阳能电池。所述低毒性的钙钛矿太阳能电池还具有可调控的吸收光谱，通过活性层的分子设计来调控吸收光谱。所述低毒性的钙钛矿太阳能电池的活性层为钙钛矿(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4或者(FASnI3)0.6(MAPbBr3)0.4或者(FASnI3)0.6(CsPbI3)0.4。本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)清洗衬底；2)旋涂PEDOT：PSS；3)用一步法旋涂钙钛矿活性层；4)旋涂PCBM；5)蒸镀BCP；6)蒸镀银。本专利技术还提供了一种基于上述钙钛矿太阳能电池的光探测器。本专利技术采用锡替代钙钛矿活性层中的部分铅，使得钙钛矿太阳能电池的毒性显著降低，有利于未来的环境友好型的产业需求。另一方面，通过改变活性层的成分来实现吸收光谱的调控，增强太阳能电池的吸光性能，有利于太阳能电池实现高的光电转换效率，也使该钙钛矿太阳能电池适于制备光探测器。附图说明图1是本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池的器件结构。图2是本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池的外量子效率测试曲线。图3是本专利技术实施例的(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4的SEM图。图4是本专利技术实施例的(FASnI3)0.6(MAPbBr3)0.4的SEM图。图5是本专利技术实施例的(FASnI3)0.6(CsPbI3)0.4的SEM图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的阐释。1)依次将ITO玻璃在洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇各超声10分钟，ITO玻璃用氮气吹干，紫外臭氧清洗机处理15分钟；2)用匀胶机在ITO玻璃上旋涂PEDOT：PSS，转速为3000rpm，时间为30s，再140℃热退火10分钟；3)传至氮气手套箱，用匀胶机旋涂钙钛矿层。采用一步法，转速为5000rpm，时间为40s，再立刻氯苯萃取，转速为5000rpm，时间为30s，然后在100℃热退火；4)旋涂PCBM溶液，PCBM溶液浓度为10mg/ml，溶剂氯苯，转速为6000rpm，时间为30s；5)蒸镀BCP，厚度5nm，然后蒸镀Ag，厚度为80nm；其中步骤3)中的钙钛矿可以是(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4，其配方是按照FAI∶SnI2∶MAI∶PbI2∶SnF2＝0.6M∶0.6M∶0.4M∶0.4M∶0.06M的比例将原料溶于DMF∶DMSO＝4∶1的混合溶剂；步骤3)中的钙钛矿可以是(FASnI3)0.6(MAPbBr3)0.4，其配方是按照FAI∶SnI2∶MABr∶PbBr2∶SnF2＝0.6M∶0.6M∶0.4M∶0.4M∶0.06M的比例将原料溶于DMF∶DMSO＝4∶1的混合溶剂；步骤3)中的钙钛矿可以是(FASnI3)0.6(CsPbI3)0.4，其配方是按照FAI∶SnI2∶CsI∶PbI2∶SnF2＝0.6M∶0.6M∶0.4M∶0.4M∶0.06M的比例将原料溶于DMF∶DMSO＝4∶1的混合溶剂。利用上述方法得到了如图1所示的太阳能电池结构，自下而上为：ITO玻璃、阳极修饰层PEDOT：PSS、活性层、阴极修饰层(PCBM、BCP)、阴极银。图2显示了不同活性层成分构成的钙钛矿太阳能电池的外量子效率(EQE)的测试曲线，可以看出通过改变活性层成分，吸收光谱得到明显的调控，其中含(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4的EQE明显高于其他成分的电池，且吸收光谱变宽，由EQE测试曲线积分得到的电流可以达到29.05mA/cm2。基于上述器件结构，还得到了一种光探测器。本专利技术制备得到了一种低毒性且吸收光谱可调控的太阳能电池，并进一步应用到光探测器中，对发展环境友好、性能优良的太阳能电池以及光探测器不无裨益。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：自下而上包括衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层、阴极，其中活性层中用无毒的锡成分部分代替有毒的铅成分，形成含锡和铅成分的活性层，活性层的成分为(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4或(FASnI3)0.6(MAPbBr3)0.4或(FASnI3)0.6(CsPbI3)0.4。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：自下而上包括衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层、阴极，其中活性层中用无毒的锡成分部分代替有毒的铅成分，形成含锡和铅成分的活性层，活性层的成分为(FASnI3)0.6(MAPbI3)0.4或(FASnI3)0.6(MAPbBr3)0.4或(FASnI3)0.6(CsPbI3)0.4。2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述衬底为玻璃，所述阳极为ITO，所述阳极修饰层为PEDOT：PSS，所述阴极修饰层为两层，自下而上为PCBM、BCP，所述阴极为银。3.一种如权利要求1-2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)依次将ITO玻璃在洗涤剂、去离子水、丙酮、异丙醇中各超声10分钟，ITO玻璃用氮气吹干，然后在紫外臭氧清洗机处理15分钟；2)用匀胶机在ITO玻璃上旋涂PEDOT：PSS溶液，转速为3000rpm，时间为30s，然后140℃热退火10分钟；3)传至氮气手套箱，用匀胶机旋涂钙钛矿层，采用一步法的制备工艺，转速为5000rpm，时间为40s，再立刻用氯苯萃取，转速为5000rpm，时间为30s，然后在100℃的条件下热退火；4)旋涂PCBM溶液，...

【专利技术属性】
技术研发人员：池丹，黄仕华，路易斯·欧庞·安特伟，张美影，王佳，黄玉清，李倩楠，牟筛强，芮哲，周理想，
申请(专利权)人：浙江师范大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33