一种无机钙钛矿太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种无机钙钛矿太阳能电池及制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种无机钙钛矿太阳能电池及制备方法，包括依次在透明导电基板上制备电子传输层、无机钙钛矿吸光层、前氧化空穴传输层、碳电极；制备所述前氧化空穴传输层的具体过程为：将通氧氧化的Spiro‑OMeTAD溶液通过旋涂方法制备而成。本发明专利技术采用将空穴提前氧化的方法，能够在空穴溶液制备成空穴传输层之前将其氧化，避免无机钙钛矿在空穴氧化的过程中与水的接触，从而避免无机钙钛矿太阳能电池在制备过程中对其自身的损耗，保证实验的成功率与可靠性。

An inorganic perovskite solar cell and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种无机钙钛矿太阳能电池及制备方法
本专利技术涉及一种无机钙钛矿太阳能电池及制备方法，属于太阳能电池

技术介绍
太阳能是一种储量巨大清洁无污染能源，受地理环境影响小，受到世界各地的科学家们青睐。光热转换与光电转换是目前人们利用太阳能主要的两种方式，其中太阳能光电转换技术已成为解决化石能源危机最具前景的途径之一。目前，太阳能电池主要面临需解决的问题：(1)提高它的光电转化效率以及电池的使用寿命，(2)采用新的技术和材料降低生产的成本。近年来，钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电性能，如高吸收系数，低激子结合能和可调带隙而受到广泛关注。钙钛矿太阳能电池发展迅猛，在短短几年里，其器件效率已经超过23％。然而，钙钛矿太阳能电池的稳定性差严重阻碍了它们的商业化。在各种钙钛矿太阳能电池中，碳基钙钛矿太阳能电池似乎是最有希望解决稳定性问题的。因为碳材料稳定，并且具有良好的防水性。在碳基钙钛矿太阳能电池的转换效率稳步上升的同时，碳基钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和大面积制造也取得了很大进展，这很好地证明了钙钛矿太阳能电池也许可以在不久的将来实现商业化。由于有机无机杂化钙钛矿光吸收层中有机成分的存在，钙钛矿在湿度和热的作用下极易分解，导致电池稳定性较差，这不仅对电池的生产条件提出了较高的要求，也限制了其在日常环境中的应用。因此，人们开始尝试采用无机钙钛矿作为光吸收层来提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。在2012年无机钙钛矿首次使用CsSnI3作为无机钙钛矿吸光层，取得了0.88％的PCE(Z.Chen,J.J.Wang,Y.Ren,C.Yu,K.Shum,Appl.Phys.Lett.2012,101,093901.)，到了2018年使用CsPbI3作为无机钙钛矿吸收层已经取得了超过17％的效率(Y.Wang,T.Y.Zhang,M.Kan,Y.X.Zhao,BifunctionalStabilizationofAll-Inorganicα-CsPbI3Perovskitefor17％EfficiencyPhotovoltaics.JACS.2018)。无机钙钛矿(如CsPbI3等)在早期很少被报道为PSC中的光吸收剂，因为它们在室温下通常呈现黄色等非钙钛矿相，而光电转换所需黑色立方P钙钛矿相在室温下在环境条件下不稳定(W.Ahmad,J.Khan,G.Niu,J.Tang,SolarRRL2017,1,1700048；b)T.S.Ripolles,K.Nishinaka,Y.Ogomi,Y.Miyata,S.Hayase,Sol.EnergyMater.Sol.Cells2016,144,532.)。Eperon等人(G.E.Eperon,G.M.Paterno,R.J.Sutton,A.Zampetti,A.A.Haghighirad,F.Cacialli,H.J.Snaith,J.Mater.Chem.A2015,3,19688)首次在PSC中应用了黑色α-CsPbI3，因为他们发现这种黑相在无空气气氛中处理时可以在黑相中稳定。后来的研究发现主要是空气当中的水使得黑色α相的无机钙钛矿变为了其它没有光伏特性的相。因此无机钙钛矿太阳能电池正在制备过程中所有步骤的是在手套箱中进行，避免与水汽的接触。Spiro-OMeTAD是应用最为广泛的空穴传输层材料，因为其具有与钙钛矿吸光层较为匹配的能级，能高效的提取钙钛矿层在进行光电转化时产生的空穴，产生较高的转换效率。在空穴传输层制备完成后，通常需要对空穴传输层进行氧化以提高其导电性，否则将会严重影响电池的转换效率。传统的氧化方式是在透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层在手套箱中制备完毕后，将器件整体转移到富含氧气的环境中进行氧化2～48h，甚至更长。虽然有的实验室能够保证器件整体处于氧气环境中，避免其它诸如湿度、温度等对于器件的影响，但是这种条件往往需要昂贵的设备才能完成，同时钙钛矿吸光层本身在富含氧气的环境下也会与氧气反应导致分解。而无机钙钛矿吸光层对于湿度的敏感程度更高，在转移过程中与空气中的水汽接触都会导致分解，所以往往需要更为昂贵的设备、更为复杂的技术手法完全避免任何一点湿度。采用前氧化的空穴方法，可以在空穴还是溶液的时候就将空穴完全氧化，在制备成空穴传输层之后不需要额外的氧化步骤。避免了无机钙钛矿太阳能电池在制备过程的无机钙钛矿吸光层与水汽接触的问题，与氧气长时间接触导致的钙钛矿吸光层分解问题，同时省下了昂贵的配套仪器费用，使得更多的企业以及实验室能够开展无机钙钛矿太阳能电池相关实验工作。这种方法不仅仅只适用于保护无机钙钛矿太阳能电池，同时对于保护PbI3、FAPbI3、FA1-xMAxPbI3等有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池一样具有适用性。采用碳电极不仅可以减少金属电极如金、银等的使用，进一步降低成本，同时采用碳电极也能取得与使用金属电极相近的转换效率。中科院的孟庆波等人，使用室温溶剂交换法制备得到了碳电极，取得了超过19％的转换效率，同样的电池使用金电极，也只有20％的效率(ZhangH,XiaoJ,ShiJ,etal.Self-AdhesiveMacroporousCarbonElectrodesforEfficientandStablePerovskiteSolarCells[J].AdvancedFunctionalMaterials,2018.)。同时，相较于金、银等电极在制备时采用的蒸镀、溅射等需要昂贵设备的方式，碳电极能采用刮涂法、粘贴法等方法大规模制造电极，更加适合工业化。
技术实现思路
本专利技术主要是克服现有技术中的不足之处，提出一种无机钙钛矿太阳能电池及制备方法。本专利技术解决上述技术问题所提供的技术方案是：一种无机钙钛矿太阳能电池制备方法，包括依次在透明导电基板上制备电子传输层、无机钙钛矿吸光层、前氧化空穴传输层、碳电极；制备所述前氧化空穴传输层的具体过程为：将通氧氧化的Spiro-OMeTAD溶液通过旋涂方法制备而成。进一步的技术方案是，所述Spiro-OMeTAD溶液通过以下步骤制备：首先配备20～100mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，配备400～600mg/mL的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的乙腈溶液；再取1mL的Spiro-OMeTAD氯苯溶液、28.8μL的TBP溶液和17.5μL的乙腈溶液混合，搅拌2小时以上。进一步的技术方案是，所述Spiro-OMeTAD溶液的通氧氧化过程为：在大气环境下将氧气通入溶Spiro-OMeTAD溶液液瓶中，对Spiro-OMeTAD溶液进行氧化；其中氧化的时间为1～100min；所述氧气的纯度为99.0000～99.9999％。进一步的技术方案是，所述Spiro-OMeTAD溶液的通氧氧化过程为：在真空环境下将氧气通入溶Spiro-OMeTAD溶液液瓶中，对Spiro-OMeTAD溶液进行氧化；其中氧化的时间为1～100min；所述氧气的纯度为99.0000～99.9999％。进一步的技术方案是，所述旋涂方法中的转速为1000～8000rpm，旋涂时间为20～60s。进一步的技术方案是，所述前氧化空穴传输层的厚度为30～100nm。进一步的技术方案是，所述无机钙钛矿吸光层为C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无机钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于，包括依次在透明导电基板上制备电子传输层、无机钙钛矿吸光层、前氧化空穴传输层、碳电极；制备所述前氧化空穴传输层的具体过程为：将通氧氧化的Spiro‑OMeTAD溶液通过旋涂方法制备而成。

【技术特征摘要】
1.一种无机钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于，包括依次在透明导电基板上制备电子传输层、无机钙钛矿吸光层、前氧化空穴传输层、碳电极；制备所述前氧化空穴传输层的具体过程为：将通氧氧化的Spiro-OMeTAD溶液通过旋涂方法制备而成。2.根据权利要求1所述的一种无机钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于，所述Spiro-OMeTAD溶液通过以下步骤制备：首先配备20～100mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，配备400～600mg/mL的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂的乙腈溶液；再取1mL的Spiro-OMeTAD氯苯溶液、28.8μL的TBP溶液和17.5μL的乙腈溶液混合，搅拌2小时以上。3.根据权利要求2所述的一种无机钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于，所述Spiro-OMeTAD溶液的通氧氧化过程为：在大气环境下将氧气通入溶Spiro-OMeTAD溶液液瓶中，对Spiro-OMeTAD溶液进行氧化；其中氧化的时间为1～100min；所述氧气的纯度为99.0000～99.9999％。4.根据权利要求2所述的一种无机钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于，所述Spiro-OMeTAD溶液的通氧氧化过程为：在真空环境下将氧气通入溶Spiro-OMeTAD溶液液瓶中，对Spiro-OMeTAD溶液进行氧化；其中氧化的时间为1～100min；所述氧气的纯度为99.0000～99.9999％。5.根据权利要求1所述的一种无机钙钛矿太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：马柱，肖政，张富，周薇亚，黄德军，张华，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：四川,51