复合吸光层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复合吸光层太阳能电池及其制备方法，复合吸光层太阳能电池包括从下至上依次设置的透明导电衬底、透明电子传输层、复合吸光层和碳电极层，复合吸光层由从下至上依次设置的CsPbBr

Solar cell with composite absorbing layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
复合吸光层太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，涉及一种复合吸光层太阳能电池及其制备方法，尤其涉及一种CsPbBr3钙钛矿/CsPbBr3量子点复合吸光层太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近10年来，钙钛矿太阳能电池为全世界科学领域的研究热点，在短短的10年间，有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8％提升到25.2％。其原料来源广泛且低廉，制备工艺简单，能在柔性衬底上制备，是目前最具发展前景的新兴光伏器件。然而。有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池对温度和湿度极其敏感，有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池在稳定性方面远不如全无机钙钛矿太阳能电池，严重制约了此类电池的发展。全无机钙钛矿太阳电池对温度和湿度可表现出优异的性能，其中CsPbBr3全无机钙钛矿太阳能电池的稳定性最佳，展示了在叠层太阳能电池或可穿戴设备上的广阔应用前景。但CsPbBr3钙钛矿材料本身的宽禁带(2.3eV)限制了对光能的利用率，对550nm～800nm之间的波段基本不吸收，且对300nm～550nm之间的波段吸收效率低，并且以CsPbBr3钙钛矿材料作单吸光层的太阳能电池整体输出性能仍较差。因此，如何进一步提高吸光层的吸光效率、提升太阳能电池的电池性能是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种吸光效率、短路电流密度、开路电压、填充因子和光电转换效率同时得到提高的复合吸光层太阳能电池及其制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案为：一种复合吸光层太阳能电池，所述复合吸光层太阳能电池包括从下至上依次设置的透明导电衬底、透明电子传输层、复合吸光层和碳电极层，所述复合吸光层由从下至上依次设置的CsPbBr3钙钛矿薄膜层和CsPbBr3量子点薄膜层构成。上述的复合吸光层太阳能电池，优选的，所述CsPbBr3量子点薄膜层的厚度为30nm～70nm；和/或，所述CsPbBr3量子点薄膜层中，CsPbBr3量子点是以Cs2C2O4为铯源制备得到。上述的复合吸光层太阳能电池，优选的，所述CsPbBr3量子点薄膜层的厚度为50nm。上述的复合吸光层太阳能电池，优选的，所述透明导电衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃和AZO导电玻璃中的一种，所述透明电子传输层为TiO2薄膜层。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供了一种上述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：(1)在透明导电衬底上制备透明电子传输层；(2)在透明电子传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜层；(3)以Cs2C2O4为铯源制备CsPbBr3量子点前驱体溶液，将CsPbBr3量子点前驱体溶液涂覆在CsPbBr3钙钛矿薄膜上，干燥后，得到CsPbBr3量子点薄膜层，形成复合吸光层；(4)采用丝网印刷法或刮刀法在复合吸光层上制备碳电极层，得到复合吸光层太阳能电池。上述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述CsPbBr3量子点前驱体溶液的制备过程如下：(3.1)制备铯前驱液：将草酸铯Cs2C2O4、十八烯和油酸混合，先升温至120℃～140℃反应1h～3h，然后升温至150℃～170℃并保持，得到铯前驱液；(3.2)制备PbBr2前驱液：将PbBr2、十八烯、油胺和油酸混合，在惰性气体保护下升温至120℃～140℃反应1h～3h，然后升温至160℃～170℃并保持，得到PbBr2前驱液；(3.3)量子点合成：将步骤(3.1)所得铯前驱液加入步骤(3.2)所得PbBr2前驱液中混合，5s～10s后，置于冰水浴中冷却，得到CsPbBr3量子点原液；(3.4)量子点提纯：将步骤(3.3)所得CsPbBr3量子点原液于800rpm～1000rpm下进行第一次离心，第一次离心所得上清液于6000rpm～8000rpm下进行第二次离心，向第二次离心所得沉淀物中加入正己烷或氯苯，并于6000rpm～8000rpm下进行第三次离心，第三次离心所得上清液即为CsPbBr3量子点前驱体溶液。上述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，优选的，所述步骤(3.1)中，所述草酸铯Cs2C2O4、十八烯、油酸的添加比例为1g～1.5g∶40mL～60mL∶2.5mL～5mL；所述步骤(3.2)中，所述PbBr2、十八烯、油胺、油酸的添加比例为0.188mmoL～0.20mmoL∶5mL～10mL∶0.5mL～1mL∶0.5mL～1mL；所述步骤(3.3)中，所述铯前驱液与PbBr2前驱液的体积比为0.4～0.6∶7～8；所述步骤(3.4)中，所述第一次离心的时间为3min～5min，所述第二次离心的时间为5min～10min，所述第三次离心的时间为5min～10min。上述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，所述干燥温度为120℃～180℃，所述干燥时间为20min～40min，所述干燥后，重复进行涂覆-干燥处理1次～3次。上述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，在所述透明电子传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜层的过程如下：在透明电子传输层表面先涂覆PbBr2的有机溶液，90℃退火30min，然后转入CsBr的有机溶液中浸泡30s～120s，250℃下退火5min，再旋涂CsBr的有机溶液，250℃下退火5min，重复旋涂CsBr的有机溶液-退火的操作3次～7次，得到CsPbBr3钙钛矿薄膜层；所述PbBr2的有机溶液浓度为0.8mol/L～1.2mol/L，溶剂为N-N二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜；所述CsBr的有机溶液浓度为0.05mol/L～0.09mol/L，溶剂为甲醇；所述旋涂的转速为2000rpm～3000rpm，所述旋涂的时间为20s～30s。上述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，优选的，所述步骤(1)中，所述透明电子传输层为TiO2薄膜层，制备过程如下：将钛酸四丁酯溶于乙醇中，加入盐酸，搅拌，陈化，得到TiO2前驱液，将所得TiO2前驱液涂覆于所述透明导电衬底上，500℃退火2h，得到TiO2薄膜层。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术提供了一种复合吸光层太阳能电池，包括从下至上依次设置的透明导电衬底、透明电子传输层、复合吸光层和碳电极层，复合吸光层由从下至上依次设置的CsPbBr3钙钛矿薄膜层和CsPbBr3量子点薄膜层构成。针对现有技术中CsPbBr3钙钛矿单吸光层太阳能电池吸光效率低、电池输出性能差、光电转换效率低等问题，本申请的电池结构中，吸光层为CsPbBr3钙钛矿薄膜层和CsPbBr3量子点薄膜层构成的复合吸光层，即CsPbBr3钙钛矿/CsPbBr3量子点复合吸光层，能够提升CsPbBr3钙钛矿单吸光层的光吸收效率，产生更多的载流子。同时，本申请复合吸光层中，CsPbBr3量子点薄膜层设于CsPbBr3钙钛矿薄膜层与碳电极层之间，能够加快载流子传输，由于量子点的限域效应，使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合吸光层太阳能电池，其特征在于，所述复合吸光层太阳能电池包括从下至上依次设置的透明导电衬底、透明电子传输层、复合吸光层和碳电极层，所述复合吸光层由从下至上依次设置的CsPbBr

【技术特征摘要】
1.一种复合吸光层太阳能电池，其特征在于，所述复合吸光层太阳能电池包括从下至上依次设置的透明导电衬底、透明电子传输层、复合吸光层和碳电极层，所述复合吸光层由从下至上依次设置的CsPbBr3钙钛矿薄膜层和CsPbBr3量子点薄膜层构成。


2.根据权利要求1所述的复合吸光层太阳能电池，其特征在于，所述CsPbBr3量子点薄膜层的厚度为30nm～70nm；和/或，所述CsPbBr3量子点薄膜层中，CsPbBr3量子点是以Cs2C2O4为铯源制备得到。


3.根据权利要求2所述的复合吸光层太阳能电池，其特征在于，所述CsPbBr3量子点薄膜层的厚度为50nm。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合吸光层太阳能电池，其特征在于，所述透明导电衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃和AZO导电玻璃中的一种，所述透明电子传输层为TiO2薄膜层。


5.一种如权利要求1～4中任一项所述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在透明导电衬底上制备透明电子传输层；
(2)在透明电子传输层上制备CsPbBr3钙钛矿薄膜层；
(3)以Cs2C2O4为铯源制备CsPbBr3量子点前驱体溶液，将CsPbBr3量子点前驱体溶液涂覆在CsPbBr3钙钛矿薄膜上，干燥后，得到CsPbBr3量子点薄膜层，形成复合吸光层；
(4)采用丝网印刷法或刮刀法在复合吸光层上制备碳电极层，得到复合吸光层太阳能电池。


6.根据权利要求5所述的复合吸光层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述CsPbBr3量子点前驱体溶液的制备过程如下：
(3.1)制备铯前驱液：将草酸铯Cs2C2O4、十八烯和油酸混合，先升温至120℃～140℃反应1h～3h，然后升温至150℃～170℃并保持，得到铯前驱液；
(3.2)制备PbBr2前驱液：将PbBr2、十八烯、油胺和油酸混合，在惰性气体保护下升温至120℃～140℃反应1h～3h，然后升温至160℃～170℃并保持，得到PbBr2前驱液；
(3.3)量子点合成：将步骤(3.1)所得铯前驱液加入步骤(3.2)所得PbBr2前驱液中混合，5s～10s后，置于冰水浴中冷却，得到CsPbBr3量子点原液；
(3.4)量子点提纯：将步骤(3.3)所得CsPbBr3量子点原液于800rpm～1000rpm下进行第一次离心，第一次离心所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈建林，黄才友，彭卓寅，陈荐，何建军，李微，任延杰，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43