一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体过程为：1）PEDOT:PSS空穴传输层制备；2）Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿光活性层制备；3）PCBM电子传输层制备；4）Bphen空穴阻挡层制备；5）Ag电极的蒸镀制备。本发明专利技术以Perovskite‑PEDOT:PSS作为钙钛矿光活性层可以改善钙钛矿光活型层的形貌，同时由于PEDOT:PSS的空穴传输性以及与Perovskite之间的络合作用，可以有效钝化钙钛矿层的体缺陷和界面缺陷，从而提高了光生载流子的传输效率，因此很大程度上提高了钙钛矿太阳能电池的光电性能。本发明专利技术简单易行，材料易得，成本相对较低，并无过高的条件要求，同时制备的太阳能电池器件光电性能良好且光电转换率较高。

Preparation of Perovskite Solar Cells Doped with PEDOT:PSS

The invention discloses a preparation method of perovskite solar cells doped with PEDOT: PSS in Perovskite. The specific processes are as follows: 1) preparation of PEDOT: PSS hole transport layer; 2) preparation of Perovskite PEDOT: PSS perovskite photoactive layer; 3) preparation of PCBM electron transport layer; 4) preparation of Bphen hole barrier layer; 5) evaporation of Ag electrode. Preparation. The perovskite PEDOT: PSS as the perovskite photoactive layer can improve the morphology of the perovskite photoactive layer. At the same time, because of the hole transmissibility of PEDOT: PSS and the complexing effect with Perovskite, it can effectively passivate the body defects and interface defects of the perovskite layer, thereby improving the transmission efficiency of photogenerated carriers. This greatly improves the photoelectric performance of perovskite solar cells. The invention is simple, easy to obtain, relatively low in cost, and does not require too high conditions. At the same time, the prepared solar cell device has good photoelectric performance and high photoelectric conversion rate.

【技术实现步骤摘要】
一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池的设计与制备
，具体涉及一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
自人们逐渐认识到传统煤炭资源有限且火力发电带来的污染等问题后，以光生伏特效应为理论依据的太阳能电池引起了人们的广泛关注。钙钛矿太阳能电池由于其卓越的光电性能，自问世以来，经过短短几年的发展，效率等性能得到不断的刷新和突破。传统的钙钛矿太阳能电池以碘甲胺和碘化铅或氯化铅为前驱体，经过适当的化学计量比而反应生成具有立方结构的钙钛矿结构。在以碘甲胺氯化铅为前驱体的倒置结构钙钛矿太阳能结构中，由于钙钛矿的形貌影响，存在一定的体缺陷，并在一定程度上造成光生载流子的复合，影响电荷的传输，因此影响器件的光电性能。本专利技术以经典的空穴传输材料PEDOT:PSS为添加剂对Perovskite钙钛矿层进行掺杂，由于PEDOT:PSS与Perovskite之间的络合作用，改善钙钛矿层形貌，钝化钙钛矿的体缺陷，从而减小电荷复合，促进电荷的有效传输，进而改善了以Perovskite-PEDOT:PSS为钙钛矿层的电池器件的光电性能和光电转换效率。本专利技术不需要新材料的合成，操作方法简单易行且成效较好，这为钙钛矿太阳能电池走出实验室，走向生活应用提供了新的思路。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种过程简单可靠且成效较好的在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该钙钛矿太阳能电池具有较好的光电性能和较高的光电转换效率。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S100：制备PEDOT:PSS空穴传输层，具体步骤为：步骤S101：将经过清洗和亲水化处理的ITO玻璃放置在匀胶机上，在ITO玻璃上均匀涂覆PEDOT:PSS水溶液并进行旋涂得到PEDOT:PSS空穴传输层的前驱膜，旋涂转速为2500~3500转/分，旋涂时间为30~40秒；步骤S102：将经过步骤S101处理的旋涂前驱膜的ITO基底放置在加热台上，在空气环境中以低于140℃的温度持续退火15~30分钟得到厚度均匀的PEDOT:PSS空穴传输层；步骤S200：制备Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层，具体步骤为：步骤S201：将PEDOT:PSS水溶液与DMF溶液互溶配制成体积百分比为1.0%~2.0%的混合溶剂；步骤S202：将PbCl2和CH3NH3I按照摩尔比为1:3混合均匀得到混合粉末，并将上述混合粉末置于经过步骤S201制备的混合溶剂中，放置于手套箱内的加热台上，在氮气气氛中以低于70℃的温度加热搅拌溶解得到混合溶液；步骤S203：将步骤S202所得到的混合溶液用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤器进行过滤得到黄色澄清的Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层前驱溶液；步骤S204：将步骤S102得到的生长有PEDOT:PSS空穴传输层的ITO基底放置于手套箱中的匀胶机上，在PEDOT:PSS空穴传输层上均匀涂覆步骤S203得到的Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层前驱溶液并进行旋涂得到Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层的前驱膜，旋涂转速为3000~5000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S205：将经过步骤S204处理的旋涂有前驱膜的ITO基底放置于手套箱中的加热台上，以10℃/10分钟的升温速率从30℃梯度退火至100~120℃，并在低于120℃的温度下持续退火1.5小时得到棕黑色的Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层；步骤S300：制备PCBM电子传输层，具体步骤为：步骤S301：在手套箱中将15~25mg深棕色粉末PCBM置于氯苯中，放置在加热台上，在氮气环境中以低于60℃的温度加热搅拌溶解，最终得到浓度为20±5mg/mL的PCBM电子传输层前驱溶液；步骤S302：将步骤S205得到的生长有Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层的ITO基底放置在手套箱中的匀胶机上，在Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层上均匀涂覆经过步骤S301制备的PCBM电子传输层前驱溶液，并进行旋涂得到PCBM电子传输层的前驱膜，旋涂转速为2000~4000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S303：将经过步骤S302处理的旋涂有前驱膜的ITO基底放置于手套箱的加热台上，在氮气环境中于60~80℃退火15~20分钟得到PCBM电子传输层；步骤S400：制备Bphen空穴阻挡层，具体步骤为：步骤S401：在空气中将5~7mg粉末Bphen置于无水乙醇中，然后放置在手套箱的加热台上，在氮气环境中加热搅拌溶解得到浓度为0.5~0.7mg/mL的Bphen空穴阻挡层前驱溶液；步骤S402：将步骤S302得到的生长有PCBM电子传输层的ITO基底放置在手套箱中的匀胶机上，在PCBM电子传输层上均匀涂覆经过步骤S401制备的Bphen空穴阻挡层前驱溶液，然后进行旋涂得到Bphen空穴阻挡层，旋涂转速为4000~6000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S500：制备Ag电极，具体步骤为：在室温下，将步骤S402得到的生长有Bphen空穴阻挡层的ITO基底放置在真空镀膜机中，在4.5×10−4Pa的高真空环境下以热蒸发方式蒸镀一层厚度为80~120nm的银电极薄膜，得到结构为ITO/PEDOT:PSS/Perovskite-PEDOT:PSS/PCBM/Bphen/Ag的在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池。本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术通过溶液旋涂法制备电池器件，在经过清洗和亲水处理的ITO基底上，制备以Perovskite-PEDOT:PSS为钙钛矿层的倒置结构的钙钛矿太阳能电。经过PEDOT:PSS的掺杂后，钙钛矿层的形貌得到了改善，同时由于PEDOT:PSS对钙钛矿层体缺陷的钝化作用，有效的促进电荷传输，从而极大地提高了钙钛矿太阳能电池的光电性能和光电转换效率；2、Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层，薄膜结晶性良好，没有出现除钙钛矿特征峰外的其他杂峰（如图1所示）；3、Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层，形貌良好，晶粒尺寸较大排列致密，且表面光滑，无明显空洞和针孔（如图2所示）；4、以Perovskite-PEDOT:PSS为钙钛矿层制备的钙钛矿太阳能电池，具有较好的光电性能和光电装换效率（如图3所示）。附图说明图1是Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层的SEM图。图2是Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层的XRD图。图3是Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿太阳能电池的J-V图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1步骤S100：制备PEDOT:PSS空穴传输层，具体步骤为：步骤S101：将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S100：制备PEDOT:PSS空穴传输层，具体步骤为：步骤S101：将经过清洗和亲水化处理的ITO玻璃放置在匀胶机上，在ITO玻璃上均匀涂覆PEDOT:PSS水溶液并进行旋涂得到PEDOT:PSS空穴传输层的前驱膜，旋涂转速为2500~3500转/分，旋涂时间为30~40秒；步骤S102：将经过步骤S101处理的旋涂前驱膜的ITO基底放置在加热台上，在空气环境中以低于140℃的温度持续退火15~30分钟得到厚度均匀的PEDOT:PSS空穴传输层；步骤S200：制备Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层，具体步骤为：步骤S201：将PEDOT:PSS水溶液与DMF溶液互溶配制成体积百分比为1.0%~2.0%的混合溶剂；步骤S202：将PbCl2和CH3NH3I按照摩尔比为1:3混合均匀得到混合粉末，并将上述混合粉末置于经过步骤S201制备的混合溶剂中，放置于手套箱内的加热台上，在氮气气氛中以低于70℃的温度加热搅拌溶解得到混合溶液；步骤S203：将步骤S202所得到的混合溶液用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤器进行过滤得到黄色澄清的Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层前驱溶液；步骤S204：将步骤S102得到的生长有PEDOT:PSS空穴传输层的ITO基底放置于手套箱中的匀胶机上，在PEDOT:PSS空穴传输层上均匀涂覆步骤S203得到的Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层前驱溶液并进行旋涂得到Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层的前驱膜，旋涂转速为3000~5000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S205：将经过步骤S204处理的旋涂有前驱膜的ITO基底放置于手套箱中的加热台上，以10℃/10分钟的升温速率从30℃梯度退火至100~120℃，并在低于120℃的温度下持续退火1.5小时得到棕黑色的Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层；步骤S300：制备PCBM电子传输层，具体步骤为：步骤S301：在手套箱中将15~25mg深棕色粉末PCBM置于氯苯中，放置在加热台上，在氮气环境中以低于60℃的温度加热搅拌溶解，最终得到浓度为20±5mg/mL的PCBM电子传输层前驱溶液；步骤S302：将步骤S205得到的生长有Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层的ITO基底放置在手套箱中的匀胶机上，在Perovskite‑PEDOT:PSS钙钛矿层上均匀涂覆经过步骤S301制备的PCBM电子传输层前驱溶液，并进行旋涂得到PCBM电子传输层的前驱膜，旋涂转速为2000~4000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S303：将经过步骤S302处理的旋涂有前驱膜的ITO基底放置于手套箱的加热台上，在氮气环境中于60~80℃退火15~20分钟得到PCBM电子传输层；步骤S400：制备Bphen空穴阻挡层，具体步骤为：步骤S401：在空气中将5~7mg粉末Bphen置于无水乙醇中，然后放置在手套箱的加热台上，在氮气环境中加热搅拌溶解得到浓度为0.5~0.7mg/mL的Bphen空穴阻挡层前驱溶液；步骤S402：将步骤S302得到的生长有PCBM电子传输层的ITO基底放置在手套箱中的匀胶机上，在PCBM电子传输层上均匀涂覆经过步骤S401制备的Bphen空穴阻挡层前驱溶液，然后进行旋涂得到Bphen空穴阻挡层，旋涂转速为4000~6000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S500：制备Ag电极，具体步骤为：在室温下，将步骤S402得到的生长有Bphen空穴阻挡层的ITO基底放置在真空镀膜机中，在 4.5×10−4Pa的高真空环境下以热蒸发方式蒸镀一层厚度为80~120nm的银电极薄膜，得到结构为ITO/PEDOT:PSS/Perovskite‑PEDOT:PSS/PCBM/Bphen/Ag的在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池。...

【技术特征摘要】
1.一种在Perovskite中掺杂PEDOT:PSS的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于具体过程为：步骤S100：制备PEDOT:PSS空穴传输层，具体步骤为：步骤S101：将经过清洗和亲水化处理的ITO玻璃放置在匀胶机上，在ITO玻璃上均匀涂覆PEDOT:PSS水溶液并进行旋涂得到PEDOT:PSS空穴传输层的前驱膜，旋涂转速为2500~3500转/分，旋涂时间为30~40秒；步骤S102：将经过步骤S101处理的旋涂前驱膜的ITO基底放置在加热台上，在空气环境中以低于140℃的温度持续退火15~30分钟得到厚度均匀的PEDOT:PSS空穴传输层；步骤S200：制备Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层，具体步骤为：步骤S201：将PEDOT:PSS水溶液与DMF溶液互溶配制成体积百分比为1.0%~2.0%的混合溶剂；步骤S202：将PbCl2和CH3NH3I按照摩尔比为1:3混合均匀得到混合粉末，并将上述混合粉末置于经过步骤S201制备的混合溶剂中，放置于手套箱内的加热台上，在氮气气氛中以低于70℃的温度加热搅拌溶解得到混合溶液；步骤S203：将步骤S202所得到的混合溶液用0.45μm规格的聚四氟乙烯过滤器进行过滤得到黄色澄清的Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层前驱溶液；步骤S204：将步骤S102得到的生长有PEDOT:PSS空穴传输层的ITO基底放置于手套箱中的匀胶机上，在PEDOT:PSS空穴传输层上均匀涂覆步骤S203得到的Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层前驱溶液并进行旋涂得到Perovskite-PEDOT:PSS钙钛矿层的前驱膜，旋涂转速为3000~5000转/分，旋涂时间为40~50秒；步骤S205：将经过步骤S204处理的旋涂有前驱膜的ITO基底放置于手套箱中的加热台上，以10℃/10分钟的升温速率从30℃梯度退火至100~120℃，并在低于120℃的温度下持续退火1.5小时得到棕黑色的P...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志勇，刘凯凯，刘鹏飞，虞登吉，段君杰，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41