一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法技术

本发明专利技术涉及薄膜太阳能电池制备技术领域，特别是涉及一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，具体包括以下步骤：在洁净的FTO玻璃上旋涂TiO

A method to improve the photoelectric conversion efficiency of Perovskite Thin film solar cells

【技术实现步骤摘要】
一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法
本专利技术涉及薄膜太阳能电池制备
，特别是涉及一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法。
技术介绍
由于当今世界快速发展，能源的消耗也日益增长，世界上各个国家都提高了对能源的重视程度。其中太阳能是最具优势的一种可再生能源。太阳能电池因此得到科研人员的青睐，得到了广泛的研究。目前已经商品化的硅基太阳能电池制备工艺很成熟，但需要大量的硅材料且制作成本较高，并且已很难得到更高的转换效率，因此需要寻找新的高效太阳能电池材料。钙钛矿太阳能电池的问世引起了研究人员的广泛关注，自2009年Miyasaka等人首次将CH3NH3PbX3(X＝Br，I)这种有机-无机杂化钙钛矿材料作为染料应用到敏化太阳能电池中得到了3.81％的效率起，经过研究人员的努力，在短暂的10年内已将钙钛矿电池的效率提高到24.2％，但这是实验室内小面积电池的效率，对于大面积模块化的钙钛矿电池组件而言，效率目前仅为17％左右，且钙钛矿电池面临着稳定差的问题，特别是在水蒸气和氧气氛围下，钙钛矿太阳能电池吸收层材料会发生分解，导致钙钛矿太阳能电池的光电转换效率急剧下降，甚至无法进行光电转换。面对传统钙钛矿太阳能电池的弊端，我们对钙钛矿电池的结构、钙钛矿薄膜形貌以及钙钛矿不稳定的原因进行分析，发现在钙钛矿电池中钙钛矿层的形貌、缺陷是影响钙钛矿电池效率和稳定性的重要因素，由于钙钛矿层是多晶薄膜，因此存在许多晶界，而在晶界中存在许多缺陷，这会使得光生电子和空穴在晶界处产生严重的复合，使得钙钛矿电池的光电转换效率降低，同时缺陷的存在，使得钙钛矿电池在水蒸气和氧气氛围下很容易与钙钛矿电池中的上层界面发生反应，导致钙钛矿层分解，使得钙钛矿电池效率严重下降，甚至无法工作，使得钙钛矿稳定性差。
技术实现思路
为解决现有技术中钙钛矿薄膜表面形貌差导致的光电转换效率降低和稳定性差的缺点，本专利技术提供一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，包括以下步骤：步骤A：在洁净的FTO玻璃上旋涂TiO2致密层溶液，加热后得到TiO2致密层；步骤B：在TiO2致密层上旋涂TiO2多孔层溶液，先加热再退火，得到TiO2多孔层；步骤C：在TiO2多孔层上旋涂钙钛矿溶液并滴加氯苯，经退火处理和静置冷却后得到钙钛矿薄膜；步骤D：将钙钛矿薄膜在放置在激光处理台上，调节激光功率为0.5～2.0％，对钙钛矿薄膜进行表面处理10～30s，得到表面平整的钙钛矿薄膜；步骤E：将掺杂有Li-TFSI和tbp的Spiro-OMeTAD前驱体溶液在钙钛矿薄膜上进行旋涂，然后氧化12～24h；步骤F：将氧化后的样品放入真空蒸发镀膜仪进行金电极蒸镀，蒸镀电流为50～80A，蒸镀时间为5～10min。金电极蒸镀完成后即得到所述的钙钛矿太阳能电池。进一步地，所述步骤A和步骤B中加热均为在125～150℃下加热10～30min，退火为在马弗炉中500～550℃高温退火30～60min。进一步地，所述步骤A中TiO2致密层溶液为钛盐与醇按体积比为1：5～10混合而成，所述钛盐为二异丙氧基双乙酰丙酮钛、异丙醇钛或四氯化钛，所述醇为乙醇、正丁醇或异丙醇；旋涂为先在800～1000转/分钟下旋涂3～5s，再以3000～5000转/分钟旋涂30～60s。进一步地，所述步骤B中TiO2多孔层溶液的制备方法如下：将二氧化钛、乙基纤维素、松油醇与乙醇以质量比为0.9～1：0.45～0.5：3.5～4：20～30混合，然后用球磨机球磨或研磨机研磨24～36h后得到所述TiO2多孔层溶液。进一步地，所述步骤B中旋涂为先以800～1000转/分钟旋涂3～5s，再以5000～8000转/分钟旋涂30～60s。进一步地，所述步骤C中钙钛矿溶液的制备方法如下：将质量比为0.9～1：2.8～3的黄色碘化铅和白色碘钾铵与体积比为7～9：1～3的N，N二甲基甲酰胺和二甲基亚砜依次加入玻璃瓶内，将瓶内的溶液在40～50℃的温度下搅拌12～24h然后过滤得到钙钛矿溶液。进一步地，所述步骤C中的旋涂为先以800～1000转/分钟旋涂10～15s，再以4000～6000转/分钟旋涂20～30s，所述退火温度为100℃，退火时间为10min。进一步地，所述步骤E中Spiro-OMeTAD前驱体的制备方法如下：将72.3mg的spiro-OMeTAD溶于1mL氯苯，然后添加17.5μL的Li-TFSI(520mg/mL)、28.8μL的tbp，在室温下搅拌30～60min，再过滤得到Spiro-OMeTAD前驱体溶液，所述旋涂为3000～5000转/分钟的转速在钙钛矿薄膜上旋涂20～30s。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术采用激光对钙钛矿薄膜进行表面处理，在不损伤钙钛矿薄膜的情况下，使钙钛矿薄膜表面形貌变得光滑、平整，晶体缺陷减少，促进钙钛矿薄膜与上表面的接触，光生电子和空穴复合减少，钙钛矿电池的光电转换效率达到19.55％，与未使用激光处理的钙钛矿电池的光电转换效率相比，有了较大的提高；与此同时，由于钙钛矿晶体缺陷减少，钙钛矿层稳定性提高，使得钙钛矿电池的稳定性提高，在空气中7天内电池效率保持在90％以上，远远高于未使用激光处理的钙钛矿电池。附图说明：图1是本专利技术所述的激光处理钙钛矿薄膜的示意图；图2是实施例1中激光处理钙钛矿薄膜前的形貌图；图3是实施例1中激光处理钙钛矿薄膜后的形貌图。附图中标记：1为FTO玻璃，2为钙钛矿薄膜，3为激光作用区域，4为激光。具体实施方式下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，而不是限制本专利技术的范围。实施例1步骤A：选取二异丙氧基双乙酰丙酮钛溶液作为TiO2致密层溶液，以1000转/分钟旋涂3s在洁净的FTO玻璃上，再以3000转/分钟旋涂30s，在125℃下加热30min，得到TiO2致密层；步骤B：将0.711g二氧化钛、0.356g乙基纤维素、2.885g松油醇和15.806g乙醇用球磨机球磨24h，制成TiO2多孔层溶液，将TiO2多孔层溶液在TiO2致密层上先以低转速1000转/分钟下旋涂3s，再以高转速5000转/分钟旋涂30s，然后在125℃下加热10min，再在马弗炉中500℃高温退火30min，得到TiO2多孔层；步骤C：在手套箱内，将黄色碘化铅(PbI2)461mg、二甲基亚砜(DMSO)0.1mL、白色碘钾铵(MAI)159mg和N，N二甲基甲酰胺(DMF)0.9mL依次加入玻璃瓶内，将瓶内的溶液在50℃的温度下搅拌12h得到钙钛矿溶液，将配制的钙钛矿溶液过滤，然后用移液枪吸取0.045ml钙钛矿溶液进行旋涂，先以1000转/分钟的低速下旋涂10s，再以4000转/分钟的高速下旋涂30s，在高速旋涂的第6s时滴加氯苯0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤A：在洁净的FTO玻璃上旋涂TiO

【技术特征摘要】
1.一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A：在洁净的FTO玻璃上旋涂TiO2致密层溶液，加热后得到TiO2致密层；
步骤B：在TiO2致密层上旋涂TiO2多孔层溶液，先加热再退火，得到TiO2多孔层；
步骤C：在TiO2多孔层上旋涂钙钛矿溶液并滴加氯苯，经退火处理和静置冷却后得到钙钛矿薄膜；
步骤D：将钙钛矿薄膜在放置在激光处理台上，调节激光功率为0.5～2.0%，对钙钛矿薄膜进行表面处理10～30s，得到表面平整的钙钛矿薄膜；
步骤E：将掺杂有Li-TFSI和tbp的Spiro-OMeTAD前驱体溶液在钙钛矿薄膜上进行旋涂，然后氧化12～24h；
步骤F：将氧化后的样品放入真空蒸发镀膜仪进行金电极蒸镀，蒸镀电流为50～80A，蒸镀时间为5～10min，金电极蒸镀完成后即得到所述的钙钛矿薄膜太阳能电池。


2.根据权利要求1所述的一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述步骤A和步骤B中加热均为在125～150℃下加热10～30min，退火为在马弗炉中500～550℃高温退火30～60min。


3.根据权利要求1所述的一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，其特征在于，所述步骤A中TiO2致密层溶液为钛盐与醇按体积比为1：5～10混合而成，所述钛盐为二异丙氧基双乙酰丙酮钛、异丙醇钛或四氯化钛，所述醇为乙醇、正丁醇或异丙醇；旋涂为先在800～1000转/分钟下旋涂3～5s，再以3000～5000转/分钟旋涂30～60s。


4.根据权利要求1所述的一种提高钙钛矿薄膜太阳能电池光电转换效率的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖振宇，程念，訾威，高梦格，刘文元，李昱森，吴月月，孙书杰，赵志强，孙柱柱，李彦磊，房良，刘江峰，涂友超，耿晓菊，
申请(专利权)人：信阳师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41