一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括两种结构：正式结构和反式结构。正式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、电极。反式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极。所述的底电极层的材质为金属纳米材料和/或导电聚合物材料。一方面，底电极的设置在一定程度上增加了柔性钙钛矿太阳能电池的柔性和可弯曲性，增加了柔性钙钛矿太阳能电池的可弯曲次数，为柔性钙钛矿太阳能电池的实用性提供了新的途径。另一方面，底电极的添加降低了其与电子传输层之间的接触势垒，减小了串联电阻，提高了填充因子和电流密度，使能量转换效率得到了有效的提高，为柔性钙钛矿电池的商业化提供了可行性。

A bottom electrode type flexible perovskite solar cell and its preparation method

The invention discloses a bottom electrode type flexible perovskite solar cell and a preparation method thereof, comprising two structures: formal structure and trans structure. The formal structure from bottom to top includes flexible substrate, bottom electrode, electron transport layer, perovskite layer, hole transport layer and electrode. The trans structure from bottom to top includes flexible substrate, bottom electrode, hole transport layer, perovskite layer, electron transport layer and electrode in turn. The material of the bottom electrode layer is metal nanomaterials and / or conductive polymer materials. On the one hand, the setting of the bottom electrode increases the flexibility and flexibility of the flexible perovskite solar cells to a certain extent, increases the flexibility times of the flexible perovskite solar cells, and provides a new way for the practicability of the flexible perovskite solar cells. On the other hand, the contact barrier between the bottom electrode and the electron transport layer is reduced, the series resistance is reduced, the filling factor and current density are increased, and the energy conversion efficiency is effectively improved, which provides a feasibility for commercialization of flexible perovskite batteries.

【技术实现步骤摘要】
一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于能源材料技术相关领域，涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，尤其涉及一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池的大面积制备方法。
技术介绍
当前商业化的太阳能电池以硅太阳能电池为主，单晶硅太阳能电池制作成本高昂，尤其n型单晶硅型的生产需要高质量的材料和银浆，这使得生产成本比其他技术更昂贵。多晶硅太阳能电池虽然性价比较高，但有光衰减大和寿命低的缺点。未来的太阳能技术必然出自第三代薄膜太阳能电池里面，目前较为看好的就是钙钛矿太阳能电池和有机太阳能电池，而有机太阳能电池效率偏低。钙钛矿太阳能电池成本较低，目前的实验室效率较高可达到23%左右，而光伏发电行业的竞争一贯以价格为基础，因此未来钙钛矿太阳能电池前途明朗。目前钙钛矿太阳能电池主要存在难以大面积生长和可靠性稳定性偏差的缺点，而且低温生长也较难，同时不易制备柔性太阳能电池。正式的n-i-p型钙钛矿电池需要高温退火，较难应用柔性电池。反式钙钛矿电池在柔性钙钛矿电池上好有希望，但目前反式柔性钙钛矿太阳能电池效率较低，而且由于使用氧化物作为电极或电子传输层，柔性和弯曲性很差，氧化铟锡的柔性钙钛矿电池弯折几次后就会断裂而导致器件失效。为了提高这种p-i-n反式柔性钙钛矿太阳能电池的效率和弯曲性能，本专利技术采用一种低成本工艺、简单的底电极型钙钛矿电池。一方面，底电极的设置在一定程度上增加了柔性钙钛矿太阳能电池的柔性和可弯曲性，增加了柔性钙钛矿太阳能电池的可弯曲次数，为柔性钙钛矿太阳能电池的实用性提供了新的途径。另一方面，底电极的添加降低了其与电子传输层之间的接触势垒，减小了串联电阻，提高了填充因子和电流密度，使能量转换效率得到了有效的提高，为柔性钙钛矿电池的商业化提供了可行性。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池，使钙钛矿太阳能电池的柔性和弯曲行得到提高，同时使能量转换效率得到有效的提高。本专利技术的另一个目的在于提供上述柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法。本专利技术目的通过以下技术措施来实现：一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池，包括两种结构：正式结构和反式结构。正式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、电极。反式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极。其特征在于，在正式和反式柔性钙钛矿太阳能电池的基底和电子/空穴传输层之间设有底电极、和/或界面修饰层、和/或两者的任意组合。所述的底电极或界面修饰层的材质为金属或金属的纳米结构、和/或导电聚合物或导电聚合物与金属纳米结构的复合体、和/或金属氧化物或两种金属氧化物的混合体。优选的,该底电极或界面修饰层为银纳米颗粒,和/或银纳米线,和/或石墨烯,和/或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS,和/或PH1000,和/或以上两者或三者的结合.本专利技术另一目的通过以下技术措施来实现：一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下发步骤：(1)选取柔性衬底并刻蚀图案，清洗后获得已刻蚀图案或纹理的柔性基底；(2)将步骤(1)中的已刻蚀的柔性基底采用等离子或臭氧紫外光处理后，再采用旋涂法、和/或刮涂法、和/或刷涂法、和/或印刷沉积底电极在柔性基底上。加热退火或室温退火3-20分钟，获得厚度在2nm-200nm的底电极。所述旋涂底电极层的旋涂速率为200～5000rpm/min，旋涂时间为20～40s，退火温度为60～150℃，退火时间为10～20min.所述刮涂和刷涂底电极层的，柔性基底温度为50℃～70℃加热，刮涂或刷涂的速度为20mm/s～30mm/s，刮刀或刷头的高度为20μm～70μm；(3)在柔性导电基底上,采用旋涂法、和/或刮涂法、和/或刷涂法、和/或印刷制膜制作电子传输层和/或空穴传输层的前驱体溶液,然后于90℃～120℃退火10min～20min，从而在柔性导电基底上制备得到空穴传输层或电子传输层.(4)在电子传输层和/或空穴传输层上旋涂、和/或刮涂、和/或刷涂、和/或印刷钙钛矿前驱体溶液，然后于90℃～100℃退火10min～20min，冷却后得到致密的钙钛矿薄膜；(5)在步骤(4)得到的致密钙钛矿薄膜上旋涂、和/或刮涂、和/或刷涂、和/或印刷电子传输层溶液,干燥5-20分钟，获得电子传输层；(6)在电子传输层上制作背电极，得到柔性钙钛矿太阳能电池。本专利技术的柔性钙钛矿太阳能电池的底电极、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿层和背电极是采用一下方法之一和/或几个方法联合使用，包括旋涂法、和/或刮涂法、和/或刷涂法、和/或印刷法,在柔性基底上依次制备柔性基底、底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、电极,和或依次制备柔性基底、底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极.本专利技术的柔性钙钛矿太阳能电池所用的电子传输层或空穴传输层为导电聚合物或金属氧化物.优选的,导电聚合物空穴传输层的溶液为聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS和甲磺酸MSA的混合液,和/或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺PTTA,和/或氧化镍纳米颗粒.导电聚合物电子传输层的电子传输层前驱体溶液为[6.6]-苯基-C61-丁酸甲酯PCBM和/或[6.6]-苯基-C71-丁酸甲酯PCBM的氯苯溶液,和/或括ZnO或SnO2或Cr2O3氧化物.本专利技术的柔性钙钛矿太阳能电池所用的所用钙钛矿层的制备方法为先热蒸镀PbCl2层，然后在加热条件下旋涂甲脒碘CH5IN2和甲胺溴CH3NH3Br的1:1的比例混合溶液,和/或先蒸镀PbCl2，然后浸入CH3NH3I溶液的方法,和/或用乙酸铅和甲基胺碘按摩尔比1:1的比例混合，溶解在N,N-二甲基甲酰胺DMF中.同时在在钙钛矿前体溶液中掺入聚乙烯亚胺离子PEI-HI,和/或磺酸铵来调控钙钛矿的薄膜和结晶过程.本专利技术的柔性钙钛矿太阳能电池所用的柔性钙钛矿电池的背电极为金或银,和/或金或银的纳米结构,和/或银、铜组成的金属网格，和/或碳纳米管和石墨。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术方法相对于传统平面钙钛矿太阳能电池的主要工艺区别是不选用柔性导电基板，由于柔性导电基板采用的氧化铟锡电极非常脆弱，弯曲下容易折断。因此本专利技术提出采用柔性基板，添加底电极的形式，可以有效提高柔性钙钛矿太阳能电池的柔性和弯曲性。另一方面，底电极的添加降低了其与电子传输层之间的接触势垒，减小了串联电阻，提高了填充因子和电流密度，使能量转换效率得到了有效的提高(2)本专利技术采用底电极型钙钛矿电池，制作底电极和柔性钙钛矿电池的方法可采用刮涂、刷涂和印刷，很大的简化了制备工艺，降低了制备成本，为制备高效低温平面柔性钙钛矿太阳能电池提供了可能性。附图说明图1为实施例1的柔性钙钛矿太阳能电池的结构示意图。图2为实施例2的柔性钙钛矿太阳能电池的结构示意图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。实施例1本实施例提供一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法，本实施例的柔性钙钛矿太阳能电池的结构示意图参见图1，具体地，包括以下步骤：（1）先将柔性基底通过激光刻蚀成所需要的目标图案，然后将刻蚀好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池，包括两种结构：正式结构和反式结构。正式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、电极。反式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极。其特征在于：所述正式和反式柔性钙钛矿太阳能电池的基底和电子/空穴传输层之间设有底电极、和/或界面修饰层、和/或两者的任意组合。所述的底电极或界面修饰层的材质为金属或金属的纳米结构、和/或导电聚合物或导电聚合物与金属纳米结构的复合体、和/或金属氧化物或两种金属氧化物的混合体。优选的,该底电极或界面修饰层为银纳米颗粒, 和/或银纳米线, 和/或石墨烯, 和/或聚(3 ,4‑乙烯二氧噻吩)‑聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS, 和/或PH1000, 和/或以上两者或三者的结合。

【技术特征摘要】
1.一种底电极型柔性钙钛矿太阳能电池，包括两种结构：正式结构和反式结构。正式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、电极。反式结构自下而上依次包括柔性基底、底电极、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、电极。其特征在于：所述正式和反式柔性钙钛矿太阳能电池的基底和电子/空穴传输层之间设有底电极、和/或界面修饰层、和/或两者的任意组合。所述的底电极或界面修饰层的材质为金属或金属的纳米结构、和/或导电聚合物或导电聚合物与金属纳米结构的复合体、和/或金属氧化物或两种金属氧化物的混合体。优选的,该底电极或界面修饰层为银纳米颗粒,和/或银纳米线,和/或石墨烯,和/或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸PEDOT:PSS,和/或PH1000,和/或以上两者或三者的结合。2.一种权利要求1所述底电极型柔性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)选取柔性衬底并刻蚀图案，清洗后获得已刻蚀图案或纹理的柔性基底；(2)将步骤(1)中的已刻蚀的柔性基底采用等离子或臭氧紫外光处理后，再采用旋涂法、和/或刮涂法、和/或刷涂法、和/或印刷沉积底电极在柔性基底上。加热退火或室温退火3-20分钟，获得厚度在2nm-200nm的底电极。所述旋涂底电极层的旋涂速率为200～5000rpm/min，旋涂时间为20～40s，退火温度为60～150℃，退火时间为10～20min.所述刮涂和刷涂底电极层的，柔性基底温度为50℃～70℃加热，刮涂或刷涂的速度为20mm/s～30mm/s，刮刀或刷头的高度为20μm～70μm；(3)在柔性导电基底上,采用旋涂法、和/或刮涂法、和/或刷涂法、和/或印刷制膜制作电子传输层和/或空穴传输层的前驱体溶液,然后于90℃～120℃退火10min～20min，从而在柔性导电基底上制备得到空穴传输层或电子传输层.(4)在电子传输层和/或空穴传输层上旋涂、和/或刮涂、和/或刷涂、和/或印刷钙钛矿前驱体溶液，然后于90℃～100℃退火10min～20min，冷却后得到致密的钙钛矿薄膜；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敏帅，
申请(专利权)人：王敏帅，
类型：发明
国别省市：福建,35