一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，电子传输层为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜；其中，GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜是由GaAs纳米颗粒胶体水溶液与TiCl

A perovskite solar cell and its preparation

The invention discloses a perovskite solar cell, which comprises a conductive substrate, an electronic transmission layer, a calcium titanium ore layer, a hole transmission layer and a metal electrode arranged in turn from bottom to top. The electronic transmission layer is a titanium dioxide film functionalized by GaAs nanoparticles, wherein the titanium dioxide film functionalized by GaAs nanoparticles is composed of a colloidal aqueous solution of GaAs nanoparticles and TiCl

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及光伏太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近几十年来，随着人类文明的进步，能源的需求也在不断的增长，而人们对传统化石燃料的消耗与日俱增，但化石燃料的不可再生性及其燃烧后产生的CO2对环境的影响，使得人类不得不寻找新能源。经过人类不懈的努力，人们发现以下几类能源可以解决当前的能源危机：1)潮汐能；2)地热能；3)生物能；4)风能；5)太阳能。在上述几种能源中，太阳能是一种有潜力的能源，能解决人类的能源短缺问题，其主要的优势是来源丰富、对环境安全无污染。相比于前两代太阳能电池，第三代太阳能电池尤其是钙钛矿太阳能电池由于其具有制备工艺简易、成本较低、灵活性好、来源广泛、可大面积印刷、理论能量转换效率高等优势受到广泛关注，它弥补了第一代太阳能电池成本较高，第二代薄膜太阳能电池转换效率低的不足，并且具有高的消光系数，长的载流子扩散长度等优点，在未来的光伏市场中有很好的发展前景。钙钛矿太阳能电池大多数基于介孔结构，而介孔二氧化钛层需要高温煅烧，因此不适用于低成本生产及柔性器件。在此基础上发展的平面异质结钙钛矿太阳能电池以其简易的构筑方法而备受青睐。然而，经低温制备的二氧化钛层具有相对低的电导率和电子迁移率，差的结晶度及较高的电子陷阱态密度，进而导致不理想的光电转换效率、严重的滞后及差的稳定性。为此，本专利技术采用激光辐照后的砷化镓(GaAs)纳米颗粒功能化电子传输层，由于GaAs具有极高的电子迁移率，因此很大程度增强了该层的电子传输与抽取，进而提升了器件的光电转换效率，且平衡了电子与空穴的传输能力，消除了滞后。此外，通过激光辐照的GaAs纳米颗粒尺寸可控、易于制备，对于钙钛矿太阳能电池性能与稳定性的提升具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术针对
技术介绍
所提到的问题，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术的第一个目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，所述电子传输层为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜；其中，所述GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜是由GaAs纳米颗粒胶体水溶液与TiCl4前驱体溶液经过化学浴沉积及退火处理后得到的。本专利技术的第二个目的是提供上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1，电子传输层的制备通过脉冲激光辐照制备GaAs纳米颗粒胶体水溶液；将GaAs纳米颗粒胶体水溶液加入TiCl4前驱体溶液中，与导电基底一起经过化学浴沉积及退火处理，在导电基底上形成GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜，即为电子传输层；步骤2，钙钛矿层的制备将钙钛矿前驱体溶液沉积于步骤1的电子传输层上，并滴加反溶剂，退火后形成钙钛矿薄膜，即为钙钛矿层；步骤3，在钙钛矿层上形成空穴传输层；步骤4，在空穴传输层上形成金属电极，即完成所述钙钛矿太阳能电池的制备。优选的，步骤1中脉冲激光的波长为1064nm，能量为400-700mJ/脉冲，辐照时间为6-30min，制备得到的GaAs纳米颗粒尺寸为10-20nm。优选的，步骤1中制备出的GaAs纳米颗粒胶体水溶液的浓度为0.05-0.2mg/ml。优选的，步骤1中GaAs纳米颗粒胶体水溶液的体积添加量为TiCl4前驱体溶液体积的3-9％，且TiCl4前驱体溶液的浓度为200mmol/L。优选的，步骤1中化学浴沉积温度为70-80℃，沉积时间为1-2h；退火温度为100-120℃，退火时间为0.5-2h。优选的，步骤2中钙钛矿前驱体为AX和BX2型化合物的混合物，其中A为CH3NH3+、NH2-CH＝NH2+、Cs+中的一种或多种，B为Pb2+，X为Br-或I-中的一种或两种；反溶剂为乙酸乙酯或氯苯，退火温度为100-150℃，退火时间为0.5h-3h。优选的，所述钙钛矿前驱体溶液的浓度为1.25mol/L。优选的，步骤2中钙钛矿前驱体溶液通过旋涂的方式沉积于二氧化钛薄膜上，且经由两步连续旋涂法制备成钙钛矿薄膜，具体过程如下：先以2000rpm的速度旋涂10s，然后以4000rpm的速度旋涂30s，且在4000rpm速度的旋涂剩余10s的时候滴加反溶剂。优选的，所述空穴传输层材料为Spiro-OMeTAD,且空穴传输层的沉积厚度100-200nm；所述金属电极为金、银、铝中的一种，厚度为80-100nm。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)本专利技术采用脉冲激光辐照制备出的GaAs纳米颗粒的尺寸可控，分散性和稳定性优异；将含有GaAs纳米颗粒的胶体溶液加入到TiCl4的前驱体溶液里，连同导电玻璃基底经过恒温水浴和退火处理后，得到表面更加光滑平整的电子传输层，有利于钙钛矿层晶粒更好的生长取向及结晶度的提高。2)本专利技术中，由于GaAs具有极高的电子迁移率，因此很大程度增强了该层的电子传输与抽取，使GaAs纳米颗粒功能化的电子传输层的电子迁移率和导电性有了明显的提高，消除了因电子和空穴传输能力不平衡所引起的滞后，提升了器件的光电转换效率，同时有利于制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池，具有广泛的商业应用前景。附图说明图1为本专利技术钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2为实施例1制备的GaAs纳米颗粒的透射电镜照片；图3为实施例1制备的二氧化钛薄膜的扫描电镜照片；图4为实施例1与对比例1制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线对比图；图5为实施例2制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；图6为实施例3制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；图7为实施例1与对比例1制备的钙钛矿太阳能电池的稳定性对比图；图8为实施例4制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；图9为实施例5制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；图10为实施例6制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；图11为实施例6制备的GaAs纳米颗粒的透射电镜照片；图12为实施例7制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图；图13为实施例8制备的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线图。附图标记说明:1、导电基底；2、电子传输层；3、钙钛矿层；4、空穴传输层；5、金属电极。具体实施方式为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。实施例1一种钙钛矿太阳能电池，具体如图1所示，包括从下到上依次层叠设置的导电基底1、电子传输层2、钙钛矿层3、空穴传输层4以及金属电极5，电子传输层2为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜。具体制备方法如下：步骤1，将FTO导电玻璃基底依次用玻璃清洗剂、去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇超声波清洗，氮气吹干，再经臭氧等离子体处理15min后待用；步骤2，电子传输层的制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，其特征在于，所述电子传输层为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜；/n其中，所述GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜是由GaAs纳米颗粒胶体水溶液与TiCl

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，其特征在于，所述电子传输层为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜；
其中，所述GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜是由GaAs纳米颗粒胶体水溶液与TiCl4前驱体溶液经过化学浴沉积及退火处理后得到的。


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，包括以下步骤：
步骤1，电子传输层的制备
通过脉冲激光辐照制备GaAs纳米颗粒胶体水溶液；将GaAs纳米颗粒胶体水溶液加入TiCl4前驱体溶液中，与导电基底一起经过化学浴沉积及退火处理，在导电基底上形成GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜，即为电子传输层；
步骤2，钙钛矿层的制备
将钙钛矿前驱体溶液沉积于步骤1的电子传输层上，并滴加反溶剂，退火后形成钙钛矿薄膜，即为钙钛矿层；
步骤3，在钙钛矿层上形成空穴传输层；
步骤4，在空穴传输层上形成金属电极，即完成所述钙钛矿太阳能电池的制备。


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，步骤1中脉冲激光的波长为1064nm，能量为400-700mJ/脉冲，辐照时间为6-30min，制备得到的GaAs纳米颗粒尺寸为10-20nm。


4.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，步骤1中制备出的GaAs纳米颗粒胶体水溶液的浓度为0.05-0.2mg/ml。


5.如权利要求4所述的钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：王洪强，赵文豪，刘晨，叶谦，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61