一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属电极，该钙钛矿吸光层为甲胺铅碘薄膜，空穴传输层由第一空穴传输层并四苯以及第二空穴传输层酞菁铜组成，第一空穴传输层邻接钙钛矿吸光层，第二空穴传输层邻接金属电极。由并四苯和酞菁铜组成的双空穴传输层，实现了本发明专利技术钙钛矿太阳能电池的水、氧以及热稳定性，并且其材料成本和工艺难度也得到了降低；另外由于该钙钛矿太阳能电池的制备过程中主要采用真空蒸镀的方法，工艺上较为简单，且能够大面积制备以及工业化生产，相较于传统的溶液旋涂法更节省材料、更环保。

【技术实现步骤摘要】
一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
目前，钙钛矿太阳能电池光电转换效率最高达到25.2％，已超过多晶硅太阳能电池。尽管如此，钙钛矿太阳能电池的商业化道路依然遥远，原因在于稳定性、成本和大面积生产等问题仍未解决。现有的常规制备钙钛矿太阳能电池的方法是旋涂法，其具备成膜质量好，成膜速度快等优点，但同时也存在浪费材料，溶液添加不环保等缺点，并且最大的问题就是无法制备大面积薄膜。除此以外，对于现在最常用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料Spiro-MeOTAD，虽然用其制备的器件效率高，但却存在着水、氧和热稳定性差，材料本身价格昂贵，并且需要额外对其进行掺杂而造成制作工艺复杂等问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该钙钛矿太阳能电池改善了传统钙钛矿太阳能电池的水、氧以及热稳定性，并且其材料成本和工艺难度也得到了降低；另外由于该钙钛矿太阳能电池的制备过程中主要采用真空蒸镀的方法，除了能够大面积制备以及工业化生产之外，相较于传统的溶液旋涂法更节省材料、更环保。基于上述目的，本专利技术至少提供如下技术方案：一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其包括以下步骤：采用真空镀膜法在清洗后的透明导电基底表面沉积电子传输层；采用真空镀膜法在所述电子传输层表面沉积碘化铅薄膜，然后将所述碘化铅薄膜倒扣于载有甲胺碘粉末的反应舟上，真空加热反应至所述碘化铅薄膜转化为甲胺铅碘薄膜；采用真空镀膜法在所述甲胺铅碘薄膜的表面依次沉积第一空穴传输层并四苯以及第二空穴传输层酞菁铜；在所述第二空穴传输层的表面真空蒸镀金属电极。进一步的，所述第一空穴传输层以及所述第二空穴传输层的沉积步骤中，腔室抽真空至7X10-4Pa以下，加热并四苯，控制其蒸发速率为0.02-0.05nm/s，至所述第一空穴传输层并四苯的厚度为10nm；加热酞菁铜，控制其蒸发速率为0.02-0.03nm/s，至所述第二空穴传输层酞菁铜的厚度为15nm。进一步的，所述电子传输层的沉积步骤中，腔室抽真空至7X10-4Pa以下，加热富勒烯-碳60粉末，控制器蒸发速率为0.02nm/s，至所述富勒烯-碳60的厚度为20nm。进一步的，所述真空蒸镀金属电极之前，将沉积有第一空穴传输层以及第二空穴传输层的基底置于氮气气氛中退火，所述退火温度为85℃，退火时间为15分钟。进一步的，在沉积电子传输层之前，先将所述透明导电基底置于体积比为1:10的玻璃清洗剂与去离子水的混合溶液中，超声清洗15分钟，然后采用去离子水冲洗之后，依次采用去离子水、丙酮以及异丙醇中各超声清洗15分钟；之后对超声清洗后的基底进行氧等离子体处理，所述氧等离子体处理的条件是：工作压强为70Pa、射频功率为90W，时间为5分钟。进一步的，所述碘化铅薄膜的沉积工艺中，腔室抽真空至7X10-4Pa以下，加热碘化铅，控制器蒸发速率为0.03-0.1nm/s，至碘化铅的膜厚为150nm；真空加热反应至所述碘化铅薄膜转化为甲胺铅碘薄膜的步骤中，加热温度为180℃，压强为10kPa以下，反应时间为17-18分钟。一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池，其包括依次层叠的透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属电极，所述钙钛矿吸光层为甲胺铅碘薄膜，所述空穴传输层由第一空穴传输层以及第二空穴传输层组成，所述第一空穴传输层邻接所述钙钛矿吸光层，所述第二空穴传输层邻接所述金属电极，所述第一空穴传输层为并四苯，所述第二空穴传输层为酞菁铜。进一步对的，所述第一空穴传输层的最佳厚度为10nm，所述第二空穴传输层的最佳厚度为15nm。进一步的，所述电子传输层为富勒烯-碳60，所述电子传输层的厚度为20nm；所述钙钛矿吸光层的厚度为350-400nm。进一步的，所述透明导电基底为表面覆有导电层的掺氟二氧化锡(FTO)透明导电玻璃，所述透明导电玻璃的厚度为2.2mm，电阻为12-14Ω，所述透明导电膜的厚度为250-300nm；所述金属电极为金电极，所述金电极的厚度为80nm。与现有技术相比，本专利技术至少具有如下有益效果：本专利技术的钙钛矿太阳能电池采用并四苯和酞菁铜作为双空穴传输层取代传统的Spiro-MeOTAD空穴传输层，改善了传统钙钛矿太阳能电池的水、氧稳定性，并且其材料成本和工艺难度也得到了降低；另外由于该钙钛矿太阳能电池的制备过程中主要采用真空蒸镀的方法，工艺上较为简单，且能够大面积制备以及工业化生产，相较于传统的溶液旋涂法更节省材料、更环保。附图说明图1为本专利技术双空穴传输层钙钛矿太阳能电池的结构示意图。图2为本专利技术实施例1双空穴传输层钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。具体实施方式接下来将结合本专利技术的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，均属于本专利技术保护的范围。下面来对本专利技术做进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术的双空穴传输层钙钛矿太阳能电池包含依次层叠的透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属电极。其中，空穴传输层由第一空穴传输层和第二空穴传输层组成，第一空穴传输层邻接钙钛矿吸光层，第二空穴传输层邻接金属电极，第一空穴传输层为并四苯，其优选厚度为10nm；第二空穴传输层为酞菁铜，其优选厚度为15nm。透明导电基底为表面覆有透明导电层的透明导电玻璃，透明导电玻璃的厚度为2.2mm，其电阻为12-14Ω，透明导电层的厚度为250-300nm，优选的，透明导电层为掺氟二氧化锡薄膜。在一实施例中，电子传输层为富勒烯-碳60，该电子传输层的厚度优选20nm。钙钛矿吸光层为甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)薄膜，甲胺铅碘薄膜的厚度为350-400nm。金属电极优选金电极，其金电极的厚度为80nm。接下来对本专利技术双空穴传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法作以介绍。实施例1首先，透明导电基底的清洗：先将透明导电基底置于比例为1:10的玻璃清洗剂与去离子水的混合溶液中，然后超声波清洗15分钟；之后，用去离子水冲洗掉泡沫后，把导电基底置于去离子水中超声波清洗15分钟；接着，把导电基底置于丙酮中进行超声波清洗15分钟；最后把导电基底置于异丙醇中进行超声波清洗15分钟。清洗完之后烘干。氧等离子体表面处理：将清洗完、干燥后的导电基底进行氧等离子体表面处理，具体工艺参数为：工作压强为70Pa；射频(RF)功率为90W；处理时间为5分钟。真空蒸镀电子传输层：氧等离子体表面处理之后的导电基底置于镀膜机中，然后将腔体抽真空至7X10-4Pa以下；开始镀膜时，加热载有富勒烯-碳60粉末的石英玻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：/n采用真空镀膜法在清洗后的透明导电基底表面沉积电子传输层；/n采用真空镀膜法在所述电子传输层表面沉积碘化铅薄膜，然后将所述碘化铅薄膜倒扣于载有甲胺碘粉末的反应舟上，真空加热反应至所述碘化铅薄膜转化为甲胺铅碘薄膜；/n采用真空镀膜法在所述甲胺铅碘薄膜的表面依次沉积第一空穴传输层并四苯以及第二空穴传输层酞菁铜；/n在所述第二空穴传输层的表面真空蒸镀金属电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种双空穴传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
采用真空镀膜法在清洗后的透明导电基底表面沉积电子传输层；
采用真空镀膜法在所述电子传输层表面沉积碘化铅薄膜，然后将所述碘化铅薄膜倒扣于载有甲胺碘粉末的反应舟上，真空加热反应至所述碘化铅薄膜转化为甲胺铅碘薄膜；
采用真空镀膜法在所述甲胺铅碘薄膜的表面依次沉积第一空穴传输层并四苯以及第二空穴传输层酞菁铜；
在所述第二空穴传输层的表面真空蒸镀金属电极。


2.根据权利要求1的所述制备方法，其特征在于，所述第一空穴传输层以及所述第二空穴传输层的沉积步骤中，腔室抽真空至7X10-4Pa以下，加热并四苯，控制其蒸发速率为0.02-0.05nm/s，至所述第一空穴传输层并四苯的厚度为10nm；加热酞菁铜，控制其蒸发速率为0.02-0.03nm/s，至所述第二空穴传输层酞菁铜的厚度为15nm。


3.根据权利要求1或2的所述制备方法，其特征在于，所述电子传输层的沉积步骤中，腔室抽真空至7X10-4Pa以下，加热富勒烯-碳60粉末，控制器蒸发速率为0.02nm/s，至所述富勒烯-碳60的厚度为20nm。


4.根据权利要求1或2的所述制备方法，其特征在于，所述真空蒸镀金属电极之前，将沉积有第一空穴传输层以及第二空穴传输层的基底置于氮气气氛中退火，所述退火温度为85℃，退火时间为15分钟。


5.根据权利要1或2的所述制备方法，其特征在于，在沉积电子传输层之前，先将所述透明导电基底置于体积比为1:10的玻璃清洗剂与去离子水的混合溶液中，超声清洗15分钟，然后采用去离子水冲洗之后，依次采用去离子水、丙酮以及异丙醇中各超...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢伟广，程振平，刘彭义，冀鸣，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：广东;44