一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术实施例提供一种SnO2‑rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法。所述方法包括：采用旋涂方法在氧化锌掺杂铝(AZO)导电玻璃上沉积N型层；所述的AZO导电玻璃层的方块电阻是10～15Ω，透过率在85％‑90％，所述的N型层为SnO2‑rGO，层厚为30～50nm；采用旋涂的方法制备一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层作为吸光层；在所述的吸光层上旋涂P型Sprio‑OMeTAD；采用OLED蒸镀金属电极层。上述技术方案具有如下有益效果：低温制备SnO2‑rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池，提高电池稳定性和效率，简化制备工艺，降低原料成本。

【技术实现步骤摘要】
一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术涉及SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池领域，特别涉及到一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
二氧化锡(SnO2)是一种N型半导体，对可见光具有良好的通透性，在水溶液中具有优良的化学稳定性以及迁移率高等优点，引起广大研究者的青睐。二氧化锡(SnO2)薄膜制备方法主要有磁控溅射法、溶胶-凝胶法，共沉淀法，电化学沉积法等。有机无机杂化钙钛矿材料具有可调的光学禁带宽度、较高的载流子迁移率、较长的扩散长度、良好的吸收特性以及双极性传输特性备受研究者的关注，这种材料有效地提高了太阳能电池的效率。目前，钙钛矿薄膜的制备方法有很多，其中，比较常见的方法包括：一步溶液法、两步溶液法、蒸镀法以及溶液-气相沉积法等。GeorgeKakavelakis等人采用rGO掺杂PCBM电子传输层，提高电子的传输率，钝化了电子传输层与钙钛矿之间的界面，将钙钛矿太阳能电池的效率提高到14.5％。MohammadMahdiTavakoli等人制备ZnO/rGO量子点钙钛矿太阳能电池，rGO不仅保护ZnO不被酸性溶液腐蚀，而且加快了电子的传输。另外，TomokazuUmeyama等人将rGO嵌入到二氧化钛电子传输层中，但是，这个实验工艺条件尚需要优化，因此效率不高。Jun-SeokYeo等人使用rGO掺杂钙钛矿溶液，辅助钙钛矿结晶，进一步提高电池的性能，且在柔性衬底上将效率提升到10％。目前，还没有研究者将二氧化锡电子传输层和rGO结合起来做在AZO衬底上，本实验工作有效地将两者结合，且工艺制备简单，性能优异。在实现本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术中钙钛矿太阳能电池的制备工艺条件尚不够优化，效率不高，并且性能不够优异。
技术实现思路
本专利技术实施例一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，优点为工艺制备简单，性能优异。一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a、采用旋涂方法在AZO导电玻璃上沉积N型层；所述的AZO导电玻璃层的方块电阻是10～15Ω，透过率在85％～90％，所述的N型层为SnO2-rGO，为N型SnO2-rGO电子传输层，层厚为30～50nm；步骤b、采用旋涂方法在N型层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3作为吸光层，为钙钛矿CH3NH3PbI3吸光层；步骤c、在吸光层上使用旋涂的方法沉积一层P型材料Spiro-MeOTAD，为P型Sporo-MeOTAD空穴传输层。步骤d、在P型Sporo-MeOTAD空穴传输层上蒸镀一层金属Au、Ag。优选的，所述方法包括：制备SnO2-rGO的悬浊液，具体为：称取二氧化锡SnO2(SnO2ink)墨水1～2ml，加入去离子水稀释至体积为3％。称量1～3mg/ml的单层石墨烯粉末(rGO)，溶入γ-丁内酯(GBL)，搅拌直至溶液均匀。将rGO溶液按照不同重量百分比加入到SnO2的水溶液中，搅拌至均匀。优选的，所述的rGO溶液在SnO2水溶液中的重量百分比分别为1wt％、3wt％、5wt％。优选的，在AZO导电玻璃衬底上，旋涂沉积N型SnO2-rGO电子传输层的工艺参数为：转数是3000～4000rpm,转速时间为30s,退火温度为180℃，时间是30min。优选的，所述的有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层的厚度为400～500nm。优选的，所述采用旋涂方法沉积一层Sprio-OMeTAD层作为P型层。优选的，所述的在所述的N型层上沉积金属电极层，包括：通过热蒸镀沉积金属电极层；所述的金属电极层是如下电极层：Au电极、Ag电极；层厚为80～120nm。优选的，所述的rGO溶液在SnO2水溶液中的重量百分比分别为1wt％时，所述SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法的步骤包括：步骤1.SnO2-rGO复合电子传输层SnO2溶液的配制方法：取一定量SnO2水溶液，使用去离子水将体积稀释至3％。氧化还原石墨烯溶液配制方法：将浓度为2mg/ml的氧化还原石墨烯粉末溶入到丁内酯溶液中，混合均匀。取重量百分比为1wt％的氧化还原石墨烯溶液加入到SnO2水溶液中。把干净AZO导电玻璃置于旋涂仪里，以转数是3000rpm的速度旋转,转速时间为30s,退火温度为180℃，时间是30min，获得SnO2-rGO复合电子传输层。步骤2.吸光层CH3NH3PbI3层有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的前驱液的配制：分别称量1:1摩尔比CH3NH3I和PbI2，两者溶入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的溶液中，其液体积比为4:1，均匀搅拌，直至完全溶解。把步骤2)得到的SnO2-rGO复合电子传输层放置在旋涂仪器中，以转数是5000rpm的速度旋转7s后，滴加反溶剂苯甲醚，滴加体积为300～400ml,旋转时间为10s,后取下退火，温度为65～75℃，时间是10min，后退火温度为100℃，时间是10min。步骤3.P型层Sprio-OMeTADSpiro-MeOTAD粉末溶液配制：72～75mgSporo-MeOTAD粉末溶入到1ml氯苯中，溶解至均匀。双三氟甲烷磺酰亚胺锂Li-TFSI的乙腈溶液配制：称量260～520mgLi-TFSI溶入到0.5～1ml乙腈中，溶解均匀。后将Spiro-MeOTAD溶液中分别加入25～28ulTBP和18～20ulLi-TFSI，搅拌至均匀。钙钛矿层降到室温后放在旋涂机上，然后以3000rpm的转速，时间为20～30s旋涂,快速滴加Spiro-MeOTAD溶液，自动停止，取出。步骤4.利用热蒸镀方法沉积80nm厚的金属电极Au。优选的，所述的rGO溶液在SnO2水溶液中的重量百分比分别为3wt％时，所述SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法的步骤包括：步骤1.SnO2-rGO复合电子传输层SnO2溶液的配制方法：取一定量SnO2水溶液，使用去离子水将体积稀释至3％。氧化还原石墨烯溶液配制方法：将浓度为1mg/ml的氧化还原石墨烯粉末溶入到丁内酯溶液中，混合均匀。取重量百分比为3wt％的氧化还原石墨烯溶液加入到SnO2水溶液中。把干净AZO导电玻璃置于旋涂仪中，以转数是3000～4000rpm的速度旋转,转速时间为30s,退火温度为180℃，时间是30min。步骤2.吸光层CH3NH3PbI3层有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的前驱液的配制：分别称量1:1摩尔比CH3NH3I和PbI2，两者溶入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的溶液中，其液体积比为4:1，均匀搅拌，直至完全溶解。把步骤2)得到的SnO2-rGO复合电子传输层放置在旋涂仪里，以转数是4000～5000rpm的速度旋转7s后，滴加反溶剂苯甲醚，滴加体积为300～400ml,旋转时间为10s,后取下退火，温度为65～75℃，时间是10min，后退火温度为100℃，时间是10min。步骤3.P型层Sprio-OMeTADSpiro-MeOTAD粉末溶液配制：72～75mgSpor本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SnO2‑rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a、采用旋涂方法在AZO导电玻璃上沉积N型层；所述的AZO导电玻璃层的方块电阻是10～15Ω，透过率在85％～90％，所述的N型层为SnO2‑rGO，为N型SnO2‑rGO电子传输层，层厚为30～50nm；步骤b、采用旋涂方法在N型层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3作为吸光层，为钙钛矿CH3NH3PbI3吸光层；步骤c、在吸光层上使用旋涂的方法沉积一层P型材料Spiro‑MeOTAD，为P型Sporo‑MeOTAD空穴传输层。步骤d、在P型Sporo‑MeOTAD空穴传输层上蒸镀一层金属Au、Ag。

【技术特征摘要】
1.一种SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述方法包括：步骤a、采用旋涂方法在AZO导电玻璃上沉积N型层；所述的AZO导电玻璃层的方块电阻是10～15Ω，透过率在85％～90％，所述的N型层为SnO2-rGO，为N型SnO2-rGO电子传输层，层厚为30～50nm；步骤b、采用旋涂方法在N型层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3作为吸光层，为钙钛矿CH3NH3PbI3吸光层；步骤c、在吸光层上使用旋涂的方法沉积一层P型材料Spiro-MeOTAD，为P型Sporo-MeOTAD空穴传输层。步骤d、在P型Sporo-MeOTAD空穴传输层上蒸镀一层金属Au、Ag。2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法包括：制备SnO2-rGO的悬浊液，具体为：称取二氧化锡SnO2墨水1～2ml，加入去离子水稀释至体积为3％。称量1～3mg/ml的rGO，溶入γ-丁内酯，搅拌直至溶液均匀。将rGO溶液按照不同重量百分比加入到SnO2的水溶液中，搅拌至均匀。3.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述的rGO溶液在SnO2水溶液中的重量百分比分别为1wt％、3wt％、5wt％。4.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述旋涂沉积N型SnO2-rGO电子传输层的工艺参数为：转数是3000～4000rpm,转速时间为30s,退火温度为180℃，时间是30min。5.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层的厚度为400～500nm。6.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的旋涂方法沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层的工艺参数为：以转数是4000～5000rpm的速度旋转7s后，滴加反溶剂苯甲醚，滴加体积为300～400ml,旋转时间为10s,后取下退火，温度为65～75℃，时间是10min，后退火温度为100℃，时间是10min。7.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述的在所述的P型Sporo-MeOTAD空穴传输层上沉积金属电极层，包括：通过热蒸镀沉积金属电极层；所述的金属电极层是如下电极层：Au电极、Ag电极；层厚为80～120nm。8.如权利要求2所述方法，其特征在于，所述的rGO溶液在SnO2水溶液中的重量百分比分别为1wt％时，所述SnO2-rGO复合电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法的步骤包括：步骤1.SnO2-rGO复合电子传输层SnO2溶液的配制方法：取一定量SnO2水溶液，使用去离子水将体积稀释至3％。氧化还原石墨烯溶液配制方法：将浓度为2mg/ml的氧化还原石墨烯粉末溶入到丁内酯溶液中，混合均匀。取重量百分比为1wt％的氧化还原石墨烯溶液加入到SnO2水溶液中。把AZO导电玻璃置于旋涂仪里，以转数是3000rpm的速度旋转,转速时间为30s,退火温度为180℃，时间是30min，获得SnO2-rGO复合电子传输层。步骤2.吸光层CH3NH3PbI3层有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的前驱液的配制：分别称量1:1摩尔比CH3NH3I和PbI2，两者溶入N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的溶液中，其液体积比为4:1，均匀搅拌，直至完全溶解。把步骤2)得到的SnO2-rGO复合电子传输层放置在旋涂仪器中，以转数是5000rpm的速度旋转7s后，滴加反溶剂苯甲醚，滴加体积为300～400ml,旋转时间为10s,后取下退火，温度为65～75℃，时间是10min，后退火温度为100℃，时间是10min。步骤3.P型层Sprio-OMeTADSpiro-MeOTAD粉末溶液配制：72～75mgSporo-MeOTAD粉末溶入到1ml氯苯中，溶解至均匀。双三氟甲烷磺酰亚胺锂Li-TFSI的乙腈溶液配制：称量260～520mgLi-TFSI溶入到0.5～1ml乙腈中，溶解均匀。后将Spiro-MeOTAD溶液中分别加入25～28ulTBP和18～20ulLi-TFSI，搅拌至均匀。钙钛矿层降到室温后放在旋涂机上，然后以3000rpm的转速，时间为2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王堉，陈乐伍，赖其聪，周航，
申请(专利权)人：深圳市先进清洁电力技术研究有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44