一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法。一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：在底电极层上制备钙钛矿光敏层；在钙钛矿光敏层上涂布碳浆料，进行第一热处理，得到预组装的钙钛矿太阳能电池；以及将所述预组装的钙钛矿太阳能电池进行第二热处理，所述第二热处理的处理温度低于所述第一热处理，得到钙钛矿太阳能电池。

A Method for Preparing High Efficiency Carbon-based Perovskite Solar Cells

The invention relates to a preparation method of a high efficiency carbon-based perovskite solar cell. The preparation method of a perovskite solar cell includes: preparing a perovskite photosensitive layer on the bottom electrode layer; coating a carbon slurry on the perovskite photosensitive layer for the first heat treatment to obtain a pre-assembled perovskite solar cell; and conducting a second heat treatment to the pre-assembled perovskite solar cell. The second heat treatment temperature is lower than that of the first heat treatment, and a perovskite solar cell is obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，特别涉及一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
近年来，人类社会对于能源的需求量在不断增加，石油、煤等传统化石能源的消耗量高于新增探明储量，使得全球在能源利用上出现了危机感。化石能源快速消耗的同时，产生排放出来的废气也给环境造成了极大的污染。能源短缺和环境污染这两大问题已经严重阻碍到了人类社会与经济的发展，是当前全球各国关注的焦点。太阳能作为一种绿色能源，在解决能源短缺和环境污染问题方面越来越受到国内外研究者们的广泛关注与深入研究。有机无机杂化钙钛矿材料已经成为光伏领域中最具有应用前景的材料之一。它具有ABX3晶型结构(通常为CH3NH3PbX3或HC(NH2)2PbX3)，由于其拥有消光系数高、载流子扩散长度长、能带可调、合成简易、成本低等独特优势，而受到人们的广泛关注。近十年来，钙钛矿太阳能电池研究迅猛发展，其光电转换效率已从最初的3.8％迅速提高到23.3％，超过多晶硅太阳能电池。在钙钛矿太阳能电池商业化的过程中，碳基钙钛矿太阳能电池成为了研究者们的首选，它成本低廉，稳定性好。而碳基钙钛矿太阳能电池中碳电极和钙钛矿光敏层间往往接触不够好，两者间界面形貌不佳，导致碳基钙钛矿太阳能电池的效率相比金属电极钙钛矿太阳能电池的效率要低很多。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种调控钙钛矿光敏层晶界缺陷以及钙钛矿光敏层和碳电极间界面形貌的物理方法，用于提高钙钛矿太阳能电池的性能。该方法工艺简单，可操作性强，成本低廉。在此，本专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：在底电极层上制备钙钛矿光敏层；在钙钛矿光敏层上涂布碳浆料，进行第一热处理，得到预组装的钙钛矿太阳能电池；以及将所述预组装的钙钛矿太阳能电池进行第二热处理，所述第二热处理的处理温度低于所述第一热处理，得到钙钛矿太阳能电池。本专利技术通过组装好介观型钙钛矿太阳能电池后，将电池放入一定温度的环境中热处理一段时间，可获得高效率的介观型碳基钙钛矿太阳能电池。本专利技术的方法能够在不需要引入其它材料，不改变电池结构，不增加复杂工艺等情况下，提升钙钛矿太阳能电池的效率；通过第二热处理可以让钙钛矿光敏层的晶界处发生重结晶，减小钙钛矿光敏层的缺陷，从而提高电池性能。所述第二热处理的温度可为70℃以下，优选为30℃～70℃，更优选为30℃～60℃。较佳地，所述第二热处理的时间为10～400小时。较佳地，所述第一热处理的温度为90～120℃。所述碳浆料可含有：碳材料、粘结剂和溶剂。优选地，所述碳浆料含有10～40wt％碳材料、0.5～5wt％粘结剂和60～90wt％溶剂。较佳地，所述碳材料为石墨和炭黑。较佳地，所述粘结剂选自乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙二醇、聚氧乙烯中的至少一种。较佳地，所述溶剂选自松油醇、氯苯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、二甘醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯、丙二醇甲醚丙酸酯、异氟尔酮中的至少一种。较佳地，所述碳浆料还可以含有电子阻挡材料；优选地，所述电子阻挡材料为陶瓷绝缘材料；更优选地，所述陶瓷绝缘材料为纳米氧化锆、纳米氧化铝、纳米氧化镍中的至少一种。所述底电极层可以包括透明导电衬底、空穴阻挡层和介孔电子传输层。所述钙钛矿光敏层的化学式为ABX3，其中A可为一价阳离子，优选为CH3NH3+、NH2-CH＝NH2+、Cs+、Li+、C4H9NH3+、CH6N3+、Na+、K+中的至少一种，B可为二价阳离子，优选为Pb2+、Cs+、Sn2+、Ge2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+中的至少一种，X可为Cl-、Br-、I-、SCN-、BF4-中的至少一种。所述空穴阻挡层可以为的金属氧化物致密层，例如TiO2、ZnO、CoO、NiO、或其掺杂物等。所述介孔电子传输层可以为的金属氧化物多孔层，例如TiO2、Al2O3、ZrO2、或其掺杂物等。碳浆料的涂布的方法可以为印刷和/或刮涂。在一个示例中，将碳浆料丝网印刷于所述钙钛矿光敏层上。所述钙钛矿光敏层的厚度可以为200～600nm。所述空穴阻挡层的厚度可以为10～60nm。所述介孔电子传输层的厚度可以为200～600nm。所述碳对电极的厚度可以为5～50μm。所述透明导电衬底可以为透明导电玻璃，例如FTO，AZO(铝掺杂的氧化锌(ZnO)透明导电玻璃)和ITO等透明导电玻璃。附图说明图1示出了实施例1、2、3、4和对比例1、2制得的碳基钙钛矿太阳能电池的J-V曲线(电流密度与电压特性曲线)。图2示出了对比例1钙钛矿光敏层的表面扫描电子显微镜图。图3示出了实施例1中第二热处理后钙钛矿光敏层的表面扫描电子显微镜图。图4示出了对比例1中制得钙钛矿太阳能电池的稳态荧光谱和实施例1制得的钙钛矿太阳能电池的稳态荧光谱。具体实施方式以下结合附图和下述实施方式进一步说明本专利技术，应理解，附图和下述实施方式仅用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。本专利技术涉及一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过简单工艺组装好介观型钙钛矿太阳能电池后，将电池放入一定温度的环境中热处理一段时间，即可获得高效率的介观型碳基钙钛矿太阳能电池。本专利技术的方法能够在不需要引入其它材料，不改变电池结构，不增加复杂工艺等情况下，提升钙钛矿太阳能电池的效率。介观型钙钛矿太阳能电池的组装可包括：在底电极层上制备钙钛矿光敏层；以及在钙钛矿光敏层上涂布碳浆料，进行第一热处理，得到预组装的钙钛矿太阳能电池。底电极层可以包括透明导电衬底、空穴阻挡层和介孔电子传输层。底电极层的制备方法没有特别限定，可以采用本领域的方法。例如可如下所述。首先，在透明导电衬底上制备空穴阻挡层。透明导电衬底对尺寸和性状没有限制，可以为大面积衬底，也可采用沉积透明导电材料(FTO，AZO和ITO)的聚合物膜，或者沉积了金属纳米线，纳米颗粒等的聚合物膜，另外，可以为刚性衬底或柔性衬底，例如柔性ITO衬底或者沉积金属的PET膜。另外，可以在制备基底层之前对透明导电衬底进行一定的预处理。在一个示例中，将透明导电衬底分别用碱洗涤剂、去离子水、丙酮、乙醇超声清洗5-20分钟，吹干后，紫外光处理10-20分钟。空穴阻挡层可以是金属氧化物致密层(即致密的金属氧化物薄膜)，包括但不限于TiO2、ZnO、CoO、NiO、及其掺杂物薄膜。空穴阻挡层的制备方法(成膜工艺)包括但不限于提拉法、旋涂法、刮涂法、弯月法、印刷法。在一个示例中，在透明导电衬底上旋涂前驱体溶液，将旋涂有前驱体溶液的透明导电衬底于300-600℃烧结10-60分钟，即可得到金属氧化物致密层。前驱体溶液可以由溶剂和金属氧化物前驱体以适当比例混合制备。溶剂可以为乙酰丙酮、盐酸、水等。例如在金属氧化物致密层为TiO2致密层时，金属氧化物前驱体可以为钛酸四异丙酯、钛酸四丁脂等。溶剂和金属氧化物前驱体的体积比例可以为(1-5)：(1-4)。采用旋涂制备空穴阻挡层的情况下，旋涂的速度可以为1000-5000rpm，时间可以为10-60s。空穴阻挡层的厚度可以为10～60nm。接着，在空穴阻挡层上制备介孔电子传输层。介孔电子传输层可以为金属氧化物多孔层(即多孔的金属氧化物薄膜)，包括但不限于TiO2、Al2O3、ZrO2、及本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：在底电极层上制备钙钛矿光敏层；在钙钛矿光敏层上涂布碳浆料，进行第一热处理，得到预组装的钙钛矿太阳能电池；以及将所述预组装的钙钛矿太阳能电池进行第二热处理，所述第二热处理的处理温度低于所述第一热处理，得到钙钛矿太阳能电池。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：在底电极层上制备钙钛矿光敏层；在钙钛矿光敏层上涂布碳浆料，进行第一热处理，得到预组装的钙钛矿太阳能电池；以及将所述预组装的钙钛矿太阳能电池进行第二热处理，所述第二热处理的处理温度低于所述第一热处理，得到钙钛矿太阳能电池。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理的温度为70℃以下，优选为30℃～70℃，更优选为30℃～60℃。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第二热处理的时间为10～400小时。4.根据权利要求1至3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一热处理的温度为90～120℃。5.根据权利要求1至4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述碳浆料含有：碳材料、粘结剂和溶剂；优选地，含有10～40wt%碳材料、0.5～5wt%粘结剂和60～90wt%溶剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳材料为石墨和炭黑；所述粘结剂选自乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、聚乙二醇、聚氧乙烯中的至少一种；所述溶剂选自松油醇、氯苯、二乙二醇丁醚、二乙二醇丁醚醋酸酯、二甘醇乙醚醋酸酯、丙二醇甲醚、丙二醇甲醚醋酸酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨松旺，黄绵吉，陈宗琦，邵君，赵庆宝，寿春晖，沈曲，邬荣敏，丁莞尔，赵金龙，唐文前，
申请(专利权)人：浙江天地环保科技有限公司，中国科学院上海硅酸盐研究所，浙江浙能技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33