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及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃和依次附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、铅化物层、空穴传输层和金属电极；所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。铅化物能够避免钙钛矿层与空气中的水分子直接接触，增加了太阳能电池的稳定性；同时，铅化物物质的存在改善了钙钛矿层的缺陷，使钙钛矿层的表面更加均匀，平整度更好，有利于在钙钛矿层表面制备更高质量的空穴传输层，显著提高了太阳能电池的效率。

【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
太阳能作为一种清洁能源，具有取之不尽、用之不竭的特点，太阳能电池能够将太阳能转化为电能，是目前利用太阳能的最主要方式。钙钛矿是一种卤化甲胺铅化物，具有光吸收系数高(>104cm-1)、电荷扩散长度长(>1μm)、电荷转移率高(25cm2/(Vs))等特点，所以钙钛矿材料被广泛应用于制备太阳能电池。但是钙钛矿太阳能电池依然存在一些问题需要克服，例如钙钛矿层对温度、湿度等比较敏感，导致电池稳定性差，并且电池的效率也有待进一步提高等。
技术实现思路
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效率高，且在空气中具有良好的稳定性。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：本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃和依次附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、铅化物层、空穴传输层和金属电极；所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。优选的，所述铅化物层中铅化物的制备包括以下步骤：将包括PbO、油酸和十八烯的混合物在氮气环境下进行脱气处理；将脱气后的混合物与双(三甲基硫化硅)和1-十八烯混合，得到硫化铅纳米量子点混合料；将所述硫化铅纳米量子点混合料进行分离提纯，得到硫化铅纳米量子点；将所述硫化铅纳米量子点在空气中静置，得到铅化物。优选的，所述空穴传输层的化学成分为2,2',7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴；所述金属电极为金电极。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)将TiO2致密层前驱体溶液涂覆到FTO导电玻璃上，烧结后，得到FTO/cp-TiO2；(2)将TiO2介孔层分散液涂覆到所述FTO/cp-TiO2的表面，烧结后，得到FTO/cp-TiO2/mp-TiO2；(3)将钙钛矿前驱体溶液和铅化物的氯苯溶液依次涂覆到所述FTO/cp-TiO2/mp-TiO2的表面，退火处理后，得到FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/钙钛矿/铅化物；(4)将空穴传输材料溶液涂覆到所述FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/钙钛矿/铅化物的表面，得到FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/钙钛矿/铅化物/空穴传输材料；(5)在所述FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/钙钛矿/铅化物/空穴传输材料的表面蒸镀一层金属电极，得到钙钛矿太阳能电池。优选的，所述步骤(1)和步骤(2)烧结的温度独立地为500～550℃，烧结的时间独立地为30～40min。优选的，所述步骤(1)中TiO2致密层前驱体溶液由钛酸四丁酯水解制备得到。优选的，所述步骤(2)中TiO2介孔层分散液包括TiO2，所述TiO2的粒径为20～50nm。优选的，所述步骤(3)中退火处理的温度为90～100℃，退火处理的时间为10～15min。优选的，所述步骤(3)中钙钛矿前驱体溶液由包括CH3NH3I和PbI2的原料制备得到。优选的，所述步骤(4)中空穴传输材料溶液的制备包括以下步骤：将双三氟甲烷磺酰亚胺锂的乙腈溶液、2,2',7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴、四叔丁基吡啶和氯苯混合，得到空穴传输材料溶液。本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃和依次附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、铅化物层、空穴传输层和金属电极；所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。铅化物能够避免钙钛矿层与空气中的水分子直接接触，增加了太阳能电池的稳定性；同时，铅化物的存在改善了钙钛矿层的晶体缺陷，使钙钛矿层的表面更加均匀，平整度更好，有利于在钙钛矿层表面制备更高质量的空穴传输层，与其他层配合作用，显著提高了太阳能电池的光电转换效率。实施例结果表明，将电池放置在空气中，10天之后，本专利技术采用铅化物得到的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率衰减率为13.77％；而不含铅化物的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率衰减率为43.86％；说明本专利技术的钙钛矿太阳能电池具有更高的稳定性。此外，本专利技术的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为17.34％；而不含铅化物的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率为15.37％，说明本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池具有更高的电池效率。附图说明图1为实施例1中铅化物的XRD图；图2为实施例1的FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/CH3NH3PbI3/铅化物和对比例1的FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/CH3NH3PbI3的截面SEM图；图3为实施例1的FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/CH3NH3PbI3/铅化物和对比例1的FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/CH3NH3PbI3的表面SEM图；图4为实施例1～2和对比例1的钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线图；图5为实施例1～2和对比例1的钙钛矿太阳能电池稳定性测试图。具体实施方式本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃和依次附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、铅化物层、空穴传输层和金属电极；所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃。在本专利技术中，所述FTO导电玻璃的厚度优选为300～450nm，进一步优选为350～400nm。本专利技术对所述FTO导电玻璃的来源没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知来源的FTO导电玻璃即可。本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池包括附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层。在本专利技术中，所述TiO2致密层附着在FTO导电玻璃的一侧。在本专利技术中，所述TiO2致密层的厚度优选为30～80nm，进一步优选为40～60nm。在本专利技术中，所述TiO2致密层中TiO2的粒度优选为1～5nm，进一步优选为3～5nm。本专利技术对所述TiO2致密层的附着方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的附着方式即可。本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池包括TiO2介孔层，所述TiO2介孔层附着在TiO2致密层的表面。在本专利技术中，所述TiO2介孔层的厚度优选为100～800nm，进一步优选为400～600nm。在本专利技术中，所述TiO2介孔层中TiO2的粒度优选为10～60nm，进一步优选为20～50nm。本专利技术对所述TiO2介孔层的附着方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的附着方式即可。本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿层，所述钙钛矿层部分充填到TiO2介孔层中，部分附着在TiO2介孔层的表面。在本专利技术中，所述钙钛矿层的化学成分优选为CH3NH3PbI3；所述钙钛矿层的厚度优选为100～800nm，进一步优选为400～600nm。本专利技术所述钙钛矿层中钙钛矿的粒度优选为1～5nm。本专利技术对所述钙钛矿层的附着方式没有特殊要求，采用本领域技术人员熟知的附着方式即可。本专利技术所述的钙钛矿太阳能电池包括铅化物层，所述铅化物层附着在钙钛矿层的表面。在本专利技术中，所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。在本专利技术中，所述铅化物层的厚度优选为1～10nm，所述铅化物层中铅化物的粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃和依次附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、铅化物层、空穴传输层和金属电极；所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括FTO导电玻璃和依次附着在FTO导电玻璃上的TiO2致密层、TiO2介孔层、钙钛矿层、铅化物层、空穴传输层和金属电极；所述铅化物层包括Pb2SO5、Pb3O4和PbS。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述铅化物层中铅化物的制备包括以下步骤：将包括PbO、油酸和十八烯的混合物在氮气环境下进行脱气处理；将脱气后的混合物与双(三甲基硫化硅)和1-十八烯混合，得到硫化铅纳米量子点混合料；将所述硫化铅纳米量子点混合料进行分离提纯，得到硫化铅纳米量子点；将所述硫化铅纳米量子点在空气中静置，得到铅化物。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的化学成分为2,2',7,7'-四-(二甲氧基二苯胺)-螺芴；所述金属电极为金电极。4.权利要求1～3任一项所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)将TiO2致密层前驱体溶液涂覆到FTO导电玻璃上，烧结后，得到FTO/cp-TiO2；(2)将TiO2介孔层分散液涂覆到所述FTO/cp-TiO2的表面，烧结后，得到FTO/cp-TiO2/mp-TiO2；(3)将钙钛矿前驱体溶液和铅化物的氯苯溶液依次涂覆到所述FTO/cp-TiO2/mp-TiO2的表面，退火处理后，得到FTO/cp-TiO2/mp-TiO2/钙钛矿/铅化...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冲，朱良欣，李福民，翁玉娟，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41