一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于新型太阳能电池材料及器件技术领域，包括以下步骤：（1）在导电玻璃上旋涂SnO2致密层，然后进行紫外臭氧处理；（2）制备钙钛矿前驱体溶液；（3）将步骤（2）所得钙钛矿前驱体溶液旋涂至步骤（1）所得样品上，旋涂结束前将反溶剂滴加到所述钙钛矿前驱体薄膜上，退火处理，所得样品记为ITO/SnO2/MAPbI3或FTO/SnO2/MAPbI3；（4）在钙钛矿层上制备Spiro‑OMeTAD空穴传输层；（5）在空穴传输层上蒸镀一层60‑150nm金电极，即得到平板钙钛矿太阳能电池。
【技术实现步骤摘要】
一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于新型太阳能电池材料及器件
，具体涉及一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能作为绿色能源代表具有清洁、取之不尽、用之不竭等特点，备受关注。太阳能电池是直接将太阳能转为电能的一种重要装置，是利用太阳能的最佳方式。卤化甲胺铅（MAPbX3，X=I，Br，Cl）钙钛矿材料具有光吸收范围宽、光生载流子的扩散距离长、制作生产成本低、性能高等优势，利用这种材料制备太阳能电池是目前的最有效方法之一。然而钙钛矿太阳能电池仍然存在一些问题需要进一步改善，如制备器件需要部分高温条件、电池器件不够稳定、电池制备周期比较长（常规制备周期为两天）等（参考：Yangetal.,Science,2017,356(6345):1376,DOI:10.1126/science.aan2301;M.etal.,science,2016,354(6309):206.DOI:10.1126/science.aah5557;X.Lietal.,Science2016,353(6294):58.DOI:1126/science.aaf8060）。本专利技术针对超低温制作稳定的电池器件方面，提供一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池。本专利技术使用紫外光处理氧化锡薄膜，作为电子传输层修饰电池阴极，制作平板钙钛矿电池。已有类似制备电池的研究工作，然而这些研究都需要高温处理电子传输层（大于180℃），不能达到超低温要求（制备过程均小于80℃）（参考：方国家等，中国专利，2017，CN201710022910.3；方国家等，中国专利，2014，CN201420832467.8；Hangetal.,ACSAppl.Mater.Interfaces,2017,9,7169,DOI:10.1021/acsami.6b15820；Wangetal.,ACSEnergyLett.2017,2,2118,DOI:10.1021/acsenergylett.7b00644；Qietal.,Nat.Energy,2016,2,16177,DOI:10.1038/NENERGY.2016.177等），同时这些研究中都没提供器件稳定性方面的测试工作，器件稳定性有待商榷。本专利技术提供一种超低温制备工艺制作钙钛矿太阳能电池，对器件的稳定性经行测试，结果显示器件非常稳定。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服现有技术缺陷，提供一种超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池在超低温（全部制备过程温度均小于80℃）条件下制备获得，整体能耗非常低且电池效率很高，电池器件在空气环境中稳定性非常好。本专利技术还提供了上述超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种超低温平板钙钛矿太阳能电池的制备方法，其具体包括以下步骤：1）SnO2致密层的制备：在样品瓶中加入浓度为15%的SnO2胶体溶液，滴加适量的去离子水将溶液稀释成浓度为0.5wt%-15wt%之间任意浓度，得到胶体溶液；或者将原溶液进行加热浓缩，使得溶液中固体含量为15wt%-30wt%之间任意浓度，得到浅蓝色的胶体溶液；2）将0.5wt%-30wt%的SnO2的胶体溶液滴到洁净的ITO或FTO导电玻璃上，匀胶旋涂，然后进行紫外臭氧处理，所得样品记为ITO/SnO2或FTO/SnO2；3）钙钛矿前驱体溶液的制备：向由DMF和DMSO（体积比为4-9:1）组成的混合溶剂中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，CH3NH3I和PbI2的摩尔比（1~1.2）:1，搅拌均匀即得到钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和PbI2粉体两者的添加量之和为混合溶剂质量的40-45%；本步骤中的搅拌优选40~60℃或者45~55℃搅拌10~15h，更优选50℃、10~15h；4）将步骤3）所得钙钛矿前驱体溶液滴到步骤2）所得样品上，匀胶旋涂，旋涂结束前向样品上滴加反溶剂使其结晶成膜，然后放置热台上进行退火处理，所得样品记为ITO/SnO2/MAPbI3或FTO/SnO2/MAPbI3；5）制备空穴传输层：将20-75mg的Spiro-OMeTAD（2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴）、10-30mg的tBP（四叔丁基吡啶）以及1-30µl520mg/ml的锂盐（Li-TFSI，双三氟甲烷磺酰亚胺锂）乙腈溶液与1ml氯苯混合均匀，得到空穴传输材料溶液；将空穴传输材料溶液滴到步骤4）所得样品上，匀胶旋涂，得到空穴传输层，所得样品记为ITO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD或FTO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD；6）将步骤5）所得样品转移至真空蒸发镀膜机中，蒸镀一层厚60-150nm的金属Au作为顶端正电极，即得到平板钙钛矿太阳能电池，电池结构为ITO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au或FTO/SnO2/MAPbI3/Spiro-OMeTAD/Au。进一步优选的，步骤2）中所述ITO或FTO导电玻璃预先用清洗液浸泡24小时，然后依次用丙酮、无水乙醇、异丙醇、去离子水各超声清洗5-30分钟，氮气吹干，然后进行紫外臭氧清洗15-60分钟。具体的，所述步骤2）中匀胶旋涂时的具体操作是将导电玻璃放置到匀胶机上以每分钟2000-8500转旋涂10-60秒；所述步骤4）中旋涂时的具体操作是将样品放置到匀胶机上以每分钟2000-6000转旋涂8-50秒；所述步骤5）中匀胶旋涂时的具体操作是将样品放置到匀胶机上以每分钟2000-7000转旋涂10-60秒。具体的，所述步骤2）中紫外臭氧处理温度40-65℃，处理时间15-120分钟。紫外臭氧处理温度具体地，如为40~50℃，50~55℃，45~55℃，40~60℃，45~60℃中的任意范围，处理时间具体地，如为30~60min、50~70min，55~65min，50~90min，40~100min，30~120min中的任意范围。紫外光波波长范围为160nm-300nm，臭氧的浓度范围为738~778ppm。具体的，所述步骤4）中反溶剂为乙酸乙酯、无水乙醚、甲苯、氯苯或1,2-二氯苯，优选乙酸乙酯，滴定的时间为旋涂结束前3-35秒，退火处理温度为60-80℃，处理时间为10-90分钟。反溶剂的滴加时间，具体地，可以为3~8s，5~10s，3~10s，4~15s等的任意范围，退火处理的温度具体可为70~80℃，75~80℃，处理时间具体可为30~90min，40~90min，50~90min，60~90min，70~90min，80~90min，85~90min；将反溶剂滴定旋涂中的钙钛矿材料上，使钙钛矿快速结晶。本专利技术提供了采用上述方法制备得到的超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池。和现有技术相比，本专利技术产生的有益效果如下：1）本专利技术制备方法的操作工艺流程极其简单，对设备要求非常低，制作过程温度很低，均小于80℃，整体能耗低，试验成本非常低；2）本专利技术使用紫外光处理致密SnO2，适合作为平板钙钛矿太阳能电池的电子传输层，同时钙钛矿前驱体溶液在紫外处理后的薄膜上润湿性非常好，适合制备高质量活性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超低温稳定的平板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）在洁净的ITO或FTO导电玻璃上旋涂SnO2致密层，然后进行紫外臭氧处理；（2）向由体积比为1‑9:1的DMF和DMSO组成的混合溶剂中加入CH3NH3I和PbI2，搅拌均匀即得到钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I和PbI2两者的添加量之和为混合溶剂质量的40‑45%，CH3NH3I和PbI2的摩尔比（1~1.2）:1；（3）将步骤（2）所得钙钛矿前驱体溶液旋涂至步骤（1）所得样品上，旋涂结束前将反溶剂滴加到所述钙钛矿前驱体薄膜上，退火处理，所得样品记为ITO/ SnO2/MAPbI3或FTO/ SnO2/MAPbI3；（4）在钙钛矿层上制备Spiro‑OMeTAD空穴传输层；（5）在空穴传输层上蒸镀一层60‑150nm金电极，即得到平板钙钛矿太阳能电池。
【技术特征摘要】
1.一种超低温稳定的平板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）在洁净的ITO或FTO导电玻璃上旋涂SnO2致密层，然后进行紫外臭氧处理；（2）向由体积比为1-9:1的DMF和DMSO组成的混合溶剂中加入CH3NH3I和PbI2，搅拌均匀即得到钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I和PbI2两者的添加量之和为混合溶剂质量的40-45%，CH3NH3I和PbI2的摩尔比（1~1.2）:1；（3）将步骤（2）所得钙钛矿前驱体溶液旋涂至步骤（1）所得样品上，旋涂结束前将反溶剂滴加到所述钙钛矿前驱体薄膜上，退火处理，所得样品记为ITO/SnO2/MAPbI3或FTO/SnO2/MAPbI3；（4）在钙钛矿层上制备Spiro-OMeTAD空穴传输层；（5）在空穴传输层上蒸镀一层60-150nm金电极，即得到平板钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中SnO2致密层的制备过程如下：在样品瓶中加入浓度为15wt%的SnO2原溶液，滴加去离子水将溶液稀释成浓度为0.5wt%-15wt%SnO2溶液；或者将浓度为15wt%的SnO2原溶液浓缩为15wt%-30wt%胶体溶液；将0.5wt%-30wt%SnO2溶液旋涂至ITO或FTO导电玻璃上。3.根据权利要求2所述的超低温稳定的平板钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述旋涂是以每分钟2000-8500转旋涂10-60秒。4.根据权利要求1所述的超低温稳...
【专利技术属性】
技术研发人员：李福民，陈冲，岳根田，徐梦琦，朱良欣，翁玉娟，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41
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