一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，属于太阳能电池领域。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池以硫化镉作为阻挡层，阻碍了氧化锌与钙钛矿吸光层直接接触，提高了钙钛矿太阳能电池的热稳定性，并且硫化镉与氧化锌和CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层的晶格匹配，能够实现载流子的有效迁移，硫化镉具有优越的光电性能，完全与平面钙钛矿太阳能电池相容，在提高热稳定性的同时，也使钙钛矿太阳能电池保持较高的光电转换效率。数据表明，钙钛矿太阳能电池的效率为14.92±0.62％，电流密度为19.16±1.51mA/cm

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
在能源紧缺的现代社会，为了维持人类的可持续发展，人们一直致力于新能源的研究。在各种新能源中，太阳能作为一种清洁、环保、廉价的可再生能源无疑是最理想的能源之一。对太阳能的利用可以有很多的途径，其中光电效应受到了人们的广泛关注。目前，太阳能电池约85％的市场份额由硅太阳能电池占据，但是由于其高昂的价格，严重制约了其应用前景。近年来，钙钛矿太阳能电池作为一种新型太阳能电池吸引了众多科研工作者的关注，自2009年首次报道以来，在短短几年的时间里其光电转换效率从3.8％提升至22.7％。钙钛矿太阳能电池一般由透明导电玻璃、氧化锌电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属对电极五个部分组成。但是现有技术中，钙钛矿太阳能电池中氧化锌在钙钛矿吸光层形成过程中产生反向质子分解反应，使钙钛矿分解，存在热稳定性差的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池以硫化镉作为阻挡层，阻碍了氧化锌与钙钛矿吸光层直接接触，提高了钙钛矿太阳能电池的热稳定性。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电玻璃基底，ZnO致密层，CdS阻挡层，CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，Spiro-MeOTAD空穴层和导电金电极。优选地，所述CdS阻挡层的厚度为30～90nm。优选地，所述ZnO致密层的厚度为30～60nm。优选地，所述导电金电极的厚度为80～100nm。本专利技术还提供了上述技术方案所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:(1)在超声条件下，将透明导电玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水清洗，然后用氮气吹干，得到预处理基底；(2)将氧化锌前驱体溶液旋涂在所述预处理基底表面，得到FTO/ZnO；(3)将所述步骤(2)得到的FTO/ZnO浸泡在CdS溶液中，得到FTO/ZnO/CdS；(4)在所述步骤(3)得到的FTO/ZnO/CdS中CdS层表面旋涂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体溶液后进行退火处理，得到FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3；(5)在所述步骤(4)得到的FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3中CH3NH3PbI3层表面旋涂空穴传输层前驱体溶液后氧化，形成空穴传输层，得到FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD，所述空穴传输层前驱体溶液包括2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氯苯、锂盐和四叔丁基吡啶；(6)在所述步骤(5)形成的空穴传输层表面沉积Au作为对电极，得到钙钛矿太阳能电池。优选地，所述步骤(3)中CdS溶液的制备方法包括以下步骤：将硫代乙酰胺和二水合乙酸镉溶解在水中反应得到。优选地，所述硫代乙酰胺和二水合乙酸镉的质量比为7～9:26～30。优选地，所述步骤(4)中旋涂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体溶液时滴加反溶剂。优选地，所述步骤(4)中退火处理的温度为60～100℃，所述退火处理的时间为5～10min。优选地，所述步骤(2)中旋涂后还包括：对旋涂后的样品进行退火处理，所述退火处理的温度为180～200℃，所述退火处理的时间为10～15min。本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电玻璃基底，ZnO致密层，CdS阻挡层，CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，Spiro-MeOTAD空穴层和导电金电极。本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池以硫化镉作为阻挡层，，阻碍了氧化锌与钙钛矿吸光层直接接触，提高了钙钛矿太阳能电池的热稳定性，并且硫化镉与氧化锌和CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层的晶格匹配，能够实现载流子的有效迁移，硫化镉具有优越的光电性能，完全与平面钙钛矿太阳能电池相容，在提高热稳定性的同时，也使钙钛矿太阳能电池保持较高的光电转换效率。实施例的数据表明，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的效率为14.92±0.62％，电流密度为19.16±1.51mA/cm2，开路电压为1.04±0.2V，填充因子为66.87±3.31％，经100℃退火(室温26℃，湿度52％RH)后热稳定性良好。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的电池结构示意图；图2为本专利技术实施例1制备的ZnO/CdS/CH3NH3PbI3的XRD图；图3为本专利技术实施例1制备的ZnO/CdS/CH3NH3PbI3的SEM图；图4为本专利技术实施例1制备的钙钛矿太阳能电池的J-V特性曲线图；图5为本专利技术实施例1制备的钙钛矿太阳能电池热稳定性曲线图。具体实施方式本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电玻璃基底，ZnO致密层，CdS阻挡层，CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，Spiro-MeOTAD空穴层和导电金电极。在本专利技术中，所述CdS阻挡层的厚度优选为30～90nm。在本专利技术中，所述ZnO致密层的厚度优选为30～60nm，更优选为50nm。在本专利技术中，所述CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层的厚度优选为400～750nm。本专利技术对所述透明导电玻璃基底(FTO)的来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可。本专利技术还提供了上述技术方案所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:(1)在超声条件下，将透明导电玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水清洗，然后用氮气吹干，得到预处理基底；(2)将氧化锌前驱体溶液旋涂在所述预处理基底表面，得到FTO/ZnO；(3)将所述步骤(2)得到的FTO/ZnO浸泡在CdS溶液中，得到FTO/ZnO/CdS；(4)在所述步骤(3)得到的FTO/ZnO/CdS的CdS层表面旋涂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体溶液后进行退火处理，得到FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3；(5)在所述步骤(4)得到的FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3中CH3NH3PbI3层表面旋涂空穴传输层前驱体溶液后氧化，形成空穴传输层，得到FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3/spiro-OMeTAD，所述空穴传输层前驱体溶液包括2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氯苯、锂盐和四叔丁基吡啶；(6)在所述步骤(5)形成的空穴传输层表面沉积Au作为对电极，得到钙钛矿太阳能电池。本专利技术在超声条件下，将透明导电玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水清洗，然后用氮气吹干，得到预处理基底。本专利技术对所述洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇、去离子水的用量没有特殊的限定，能够将透明导电玻璃基底清洗干净即可。在本专利技术中，所述洗涤剂优选为洗涤精。本专利技术对所述超声的功率和时间没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的超声功率和时间即可，具体的，如每次超声清洗30min。在本专利技术中，所述预处理基底使用前优选用氧等离子体处理。在本专利技术中，所述氧等离子体处理的时间优选为5min。在本专利技术中，氧等离子体处理能够增加FTO表面的亲水性。得到预处理基底后，本专利技术将氧化锌前驱体溶液旋涂在所述预处理基底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电玻璃基底，ZnO致密层，CdS阻挡层，CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，Spiro‑MeOTAD空穴层和导电金电极。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电玻璃基底，ZnO致密层，CdS阻挡层，CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层，Spiro-MeOTAD空穴层和导电金电极。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述CdS阻挡层的厚度为30～90nm。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述ZnO致密层的厚度为30～60nm。4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述导电金电极的厚度为80～100nm。5.权利要求1～4任意一项所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:(1)在超声条件下，将透明导电玻璃基底依次用洗涤剂、丙酮、异丙醇、乙醇和去离子水清洗，然后用氮气吹干，得到预处理基底；(2)将氧化锌前驱体溶液旋涂在所述预处理基底表面，得到FTO/ZnO；(3)将所述步骤(2)得到的FTO/ZnO浸泡在CdS溶液中，得到FTO/ZnO/CdS；(4)在所述步骤(3)得到的FTO/ZnO/CdS中CdS层表面旋涂CH3NH3PbI3钙钛矿前驱体溶液后进行退火处理，得到FTO/ZnO/CdS/CH3NH3PbI3；(5)在所述步骤(4)得到的FTO/ZnO/CdS/CH3NH3Pb...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金华，杨子璐，王贤保，王建颖，梅涛，
申请(专利权)人：湖北大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42