一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、清洗FTO导电玻璃；步骤2、在FTO导电玻璃表面制备Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层；步骤3、在Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层表面制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层；步骤4、Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层表面制备Spiro‑OMeTAD空穴传输层；步骤5、在Spiro‑OMeTAD空穴传输层表面蒸镀金电极。本发明专利技术利用钙钛矿铁电氧化物薄膜做电子传输层，构建和制备了一种Pb0.8Ca0.2TiO3基新型高效率高稳定性铁电可调控多功能钙钛矿太阳能电池。

PCT ferroelectric adjustable perovskite solar cell and its preparation

【技术实现步骤摘要】
一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于新能源中的光伏器件
，具体涉及一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池，还涉及一种P铁电可调控PCT钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
作为最清洁的能源之一，太阳能一直吸引着广大科研工作者的注意力。太阳能电池是最主要应用太阳能的方式。目前，太阳能电池主要分为三大类：硅基太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池。其中，钙钛矿太阳能电池由于其低成本、低温制备等而拥有诱人的前景。自2009年以来，短短10年时间，钙钛矿太阳能电池的效率实现了从3.8％到24.2％的迅猛增长，已接近单晶硅太阳能电池的世界纪录。目前对其的研究主要集中在稳定性及功能性方面。钙钛矿太阳能电池的结构主要有六部分构成：玻璃，FTO阳极，电子传输层(ETL)，光吸收层，空穴传输层(HTL)和阴极。当太阳能电池器件工作时，光吸收层材料在光照下吸收光子产生电子-空穴对，价带电子能跃迁到导带上，电子-空穴对分离后电子被电子传输层萃取，空穴被空穴传输层萃取，当连接外接器件时电子和空穴被萃取传输之后产生电流。将太阳能转化为电能的太阳能电池材料需满足以下几个条件：(1)合适的带隙即1.1～1.7eV；(2)禁带允许跃迁；(3)高的光电转换效率；(4)材料结构和性能稳定。有机-无机钙钛矿材料自问世以来，因其合适的带隙(1.55eV)，高的光吸收系数，长的载流子扩散长度和较高的介电常数而受到了广泛的关注。在以ABX3作为基本构型的钙钛矿材料，其中A为金属或有机离子(Cs+，MA+，FA+)等，B为二价阳离子(Pb2+，Sn2+)等，X为卤素离子(Cl-，Br-，I-)等，其实验室生产方式主要为溶液旋涂法，刮涂和喷涂。空穴传输层是用于阻挡电子传输空穴，位于钙钛矿与金属电极之间，Spiro-OMeTAD因其具有很高的空穴迁移率而得到广泛的应用。电极的制备主要用到热蒸镀系统，用其可以沉积得到十分平整的金属薄膜。电子传输层位于阴极和钙钛矿光吸收层之间用来传输电子，同时防止电子空穴的复合，常用的致密的TiO2纳米颗粒。目前制约其商业化应用的主要因素是其稳定性问题，其中包括热稳定性和空气稳定性。因此研制出高效且稳定的钙钛矿太阳能电池是研究的热点问题。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池的制备方法，利用钙钛矿铁电氧化物薄膜做电子传输层，构建和制备了一种Pb0.8Ca0.2TiO3(PCT)基新型高效率高稳定性铁电可调控多功能钙钛矿太阳能电池。本专利技术所采用的第一个技术方案是，一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、清洗FTO导电玻璃；步骤2、在FTO导电玻璃表面制备Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层；步骤3、在Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层表面制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层；步骤4、在Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层表面制备Spiro-OMeTAD空穴传输层；步骤5、在Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀金电极。步骤1的具体过程如下：依次用洗洁精、异丙醇、丙酮、酒精、去离子水超声清洗FTO导电玻璃30～40min；再用氮气吹干。步骤2的具体过程如下：步骤2.1、制备Pb0.8Ca0.2TiO3前驱体溶液(1)将醋酸钙和醋酸铅溶于乙二醇甲醚中；再用冰醋酸将pH调节至4～5；再加入甲酰胺进行改性；再加热搅拌0.5～1h，得到溶液A；(2)将乙酰丙酮改性后的钛酸四丁酯溶液加至溶液A；再于80～90℃下水浴回流1～2小时，得到黄色胶体，制备出浓度为0.3～0.4mol/L的Pb0.8Ca0.2TiO3前驱体溶液；步骤2.2、制备Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层将Pb0.8Ca0.2TiO3前驱体溶液旋涂于FTO导电玻璃表面；退火，得到Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层。步骤2.1中，醋酸钙、醋酸铅、甲酰胺、乙酰丙酮、钛酸四丁酯的物质的量之比依次为0.2:(0.8～0.88):1:1:1；搅拌速度为500～600r/min；步骤2.2中，旋涂的转速为3000～4000r/min，旋涂的厚度为100～150nm；退火条件为，温度：500～550℃，时间：1～1.5h。步骤3的具体过程如下：步骤3.1、制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液按比例称量前驱体粉末CsI、FAI、MABr、PbI2、PbBr2；再按比例量取前驱体溶剂二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜DMSO；将前驱体溶剂加至前驱体粉末中；制备出浓度为1.2～1.4mol/L的Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液；将Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液与磁子一起进行密封，再于常温下磁力搅拌1～2h；步骤3.2、制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层吸取Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液，滴加至Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜表面；采用两步旋涂法进行旋涂；旋涂结束后，于100～120℃下加热1～1.5小时；得到Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层。步骤3.1中，二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜DMSO的体积比为DMF:DMSO＝(3～4):(1～2)；二甲基甲酰胺DMF的浓度＞99％；二甲基亚砜DMSO的浓度＞99％；磁力搅拌速度为600～900r/min；步骤3.2中，两步旋涂法具体为：第一步：以1000～1200r/min的转速旋涂20s；第二步：以5000～6000r/min的转速旋涂30s；该步进行至24～25s，滴加浓度>99％的氯苯析出多余溶剂；旋涂的总厚度介于200～300nm之间。步骤4的具体过程如下：步骤4.1、制备Spiro-OMeTAD前驱体溶液按比例量取Spiro-OMeTAD粉末、4-叔丁基吡啶、锂盐Li-TFSI溶于氯苯中，常温搅拌2～3h，制备出浓度为0.08～0.09g/mL的Spiro-OMeTAD前驱体溶液；步骤4.2、制备Spiro-OMeTAD空穴传输层过滤Spiro-OMeTAD前驱体溶液；将过滤后的Spiro-OMeTAD前驱体溶液旋涂于Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层表面，于干燥器中氧化10～12h，得到Spiro-OMeTAD空穴传输层。步骤4.1中，4-叔丁基吡啶TBP在Spiro-OMeTAD前驱体溶液中的体积占比为2.2～2.5％；锂盐Li-TFSI在Spiro-OMeTAD前驱体溶液中的体积占比为3.6～4.0％；锂盐Li-TFSI的浓度为450～520g/L；氯苯的浓度>99％；Spiro-OMeTAD粉末的纯度>99.5％；搅拌速度为400～600r/min；步骤4.2中，旋涂的转速为4000～5000r/min；旋涂的厚度为150～200nm。步骤5的具体过程如下：纯度＞99.99％的Au，在Spiro-OMeTAD空穴传输层上蒸镀60～80nm的Au本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、清洗FTO导电玻璃；步骤2、在FTO导电玻璃表面制备Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层；步骤3、在Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层表面制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层；步骤4、在Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层表面制备Spiro‑OMeTAD空穴传输层；步骤5、在Spiro‑OMeTAD空穴传输层表面蒸镀金电极。

【技术特征摘要】
1.一种PCT铁电可调控钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、清洗FTO导电玻璃；步骤2、在FTO导电玻璃表面制备Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层；步骤3、在Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层表面制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层；步骤4、在Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层表面制备Spiro-OMeTAD空穴传输层；步骤5、在Spiro-OMeTAD空穴传输层表面蒸镀金电极。2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1的具体过程如下：依次用洗洁精、异丙醇、丙酮、酒精、去离子水超声清洗FTO导电玻璃30～40min；再用氮气吹干。3.如权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2的具体过程如下：步骤2.1、制备Pb0.8Ca0.2TiO3前驱体溶液(1)将醋酸钙和醋酸铅溶于乙二醇甲醚中；再用冰醋酸将pH调节至4～5；再加入甲酰胺进行改性；再加热搅拌0.5～1h，得到溶液A；(2)将乙酰丙酮改性后的钛酸四丁酯溶液加至溶液A；再于80～90℃下水浴回流1～2小时，得到黄色胶体，制备出浓度为0.3～0.4mol/L的Pb0.8Ca0.2TiO3前驱体溶液；步骤2.2、制备Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层将Pb0.8Ca0.2TiO3前驱体溶液旋涂于FTO导电玻璃表面；退火，得到Pb0.8Ca0.2TiO3电子传输层。4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2.1中，醋酸钙、醋酸铅、甲酰胺、乙酰丙酮、钛酸四丁酯的物质的量之比依次为0.2:(0.8～0.88):1:1:1；搅拌速度为500～600r/min；所述步骤2.2中，旋涂的转速为3000～4000r/min，旋涂的厚度为100～150nm；退火条件为，温度：500～550℃，时间：1～1.5h。5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程如下：步骤3.1、制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液按比例称量前驱体粉末CsI、FAI、MABr、PbI2、PbBr2；再按比例量取前驱体溶剂二甲基甲酰胺DMF、二甲基亚砜DMSO；将前驱体溶剂加至前驱体粉末中；制备出浓度为1.2～1.4mol/L的Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液；将Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液与磁子一起进行密封，再于常温下磁力搅拌1～2h；步骤3.2、制备Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45光吸收层吸取Cs0.05FA0.8MA0.15PbI2.55Br0.45前驱体溶液，滴加至Pb0.8Ca0.2TiO3薄膜表面；采用两步旋涂法进行旋涂；旋涂结束后，于100～120℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯宏剑，钱崇鑫，张强，陈子轩，陈世凯，何嘉伟，伍侃，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61