一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法。该方法包括：在导电玻璃(1)上依次形成电子传输层(2)、吸光层(3)、空穴传输层(4)、对电极(5)。该方法既可以大大节省制备成本及制备周期，又能够有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率及稳定性，具有极大的应用价值。

【技术实现步骤摘要】
一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术属于太阳能电池的制备领域，特别涉及一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池是近年来备受关注的一种新兴太阳能电池，由于制备成本低，制备工艺简单，光电转换效率高等诸多优点，被广泛认为是当今最具发展潜力的一项光伏技术。钙钛矿太阳能电池中的吸光层材料大多采用ABX3(A＝CH3NH3+、CH(NH2)2+及Cs+等；B＝Pb2+和Sn2+等；X＝Cl-、Br-和I-等)具有钙钛矿结构的材料。目前，沉积钙钛矿薄膜的方法主要分为一步法和两步法。其中，一步法在不使用具有毒性的反溶剂的情况下，不易控制钙钛矿的成核生长过程，造成薄膜覆盖度和均匀性较差。为此，2013年，文献“J.Burschka,N.Pellet,S.J.Moon,R.Humphry-Baker,P.Gao,M.K.NazeeruddinandM.Sequentialdepositionasaroutetohigh-performanceperovskite-sensitizedsolarcells,Nature,2013,499,316–319.”首次通过两步法制备出光电转换效率为15％的钙钛矿太阳能电池。众多研究表明两步法更有利于制备高质量钙钛矿薄膜，并且可以为钙钛矿薄膜的改性优化提供更多的选择。但是两步法仍热存在亟待解决的问题，如制备的钙钛矿薄膜中会有PbI2的残留，薄膜内部缺陷较多，这些都会造成严重的载流子复合以及迟滞现象，相比介孔结构钙钛矿太阳能电池，这些问题在平面结构钙钛矿太阳能电池中更为严重。文献“G.Chen,J.H.Zheng,L.L.Zhengetal,Crack-freeCH3NH3PbI3layerviacontinuousdrippingmethodforhigh-performancemesoporousperovskitesolarcells,AppliedSurfaceScience,2017,392,960-965.”“H.X.Sun,K.M.Deng,Y.Y.Zhuetal,Anovelconductivemesoporouslayerwithadynamictwo-stepdepositionstrategyboostsefficiencyofperovskitesolarcellsto20％,AdvancedMaterials,2018,30,1801935.”“J.M.Bing,JincheolKim,M.Zhangetal,Theimpactofadynamictwo-stepsolutionprocessonfilmformationofCs0.15(MA0.7FA0.3)0.85PbI3perovskiteandsolarcellperformance,Small,2019,15,1804858.”均采用改进的动态连续沉积两步法，通过在PbI2前驱体溶液中引入DMSO、Cs等方法，有效减少了PbI2的残留，提高了钙钛矿薄膜的质量及电池器件的转换效率。但是，以上研究均基于以TiO2为电子传输层的介孔结构。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，以克服现有技术中平面结构钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜中存在有PbI2残留及晶界、表面缺陷等难题。本专利技术提供一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池，其自下而上依次包括：导电玻璃、电子传输层、吸光层、空穴传输层、对电极，所述吸光层为掺杂有Ti3C2Tx的钙钛矿型光伏材料，所述Ti3C2Tx的掺杂量为钙钛矿型光伏材料中PbI2质量的0.01％-0.20％。所述掺杂有Ti3C2Tx的钙钛矿型光伏材料为CH3NH3PbI3-Ti3C2Tx，厚度为200-700nm。所述Ti3C2Tx具有单层或少层的二维片层结构，片层尺寸为200nm-1μm。所述导电玻璃为掺氟氧化锡FTO玻璃。所述电子传输层为SnO2，厚度为30-70nm。所述空穴传输层为spiro-OMeTAD，厚度为70-130nm。所述对电极为金，厚度为30-130nm。本专利技术还提供一种具有平面结构的高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：(1)将电子传输层前驱体溶液旋涂在导电玻璃(1)上，经过退火处理，形成电子传输层(2)；(2)将具有单层或少层的Ti3C2Tx分散液加到PbI2溶液中，搅拌，将得到的PbI2-Ti3C2Tx前驱体溶液旋涂在步骤(1)中电子传输层(2)上，形成掺杂有Ti3C2Tx的PbI2薄膜，在PbI2-Ti3C2Tx仍处于旋涂的过程中将CH3NH3I溶液连续滴加到PbI2薄膜上，经退火处理，形成掺杂有Ti3C2Tx的钙钛矿薄膜，即钙钛矿吸光层，其中Ti3C2Tx质量为PbI2质量的0.01％-0.20％；(3)将空穴传输层前驱体溶液旋涂在步骤(2)中钙钛矿吸光层上，形成空穴传输层(4)，然后在空气环境中避光放置；(4)然后蒸镀对电极，形成对电极(5)。所述步骤(1)中电子传输层前驱体溶液为锡盐溶液，优选SnCl2·2H2O溶液。所述锡盐溶液的溶剂为乙醇。所述步骤(1)中电子传输层(2)的制备按照文献(J.Am.Chem.Soc.,2015,137,6730-6733.)报道的方法。所述步骤(2)中具有单层或少层的Ti3C2Tx制备方法包括：将Ti3AlC2用氢氟酸、盐酸及超纯水的混合溶液进行刻蚀，然后用LiCl插层，剥离，即得。所述刻蚀温度为25-35℃(优选25℃)，刻蚀时间为24h。所述剥离的方式为手摇、超声。所述步骤(2)中具有单层或少层的Ti3C2Tx分散液和PbI2溶液的溶剂为DMF。所述步骤(2)中具有单层或少层的Ti3C2Tx分散液浓度为0.5-2mg/mL，优选0.7mg/mL。所述步骤(2)中PbI2溶液浓度为1-1.3M，优选1.2M。所述步骤(2)中Ti3C2Tx质量为PbI2质量的0.01％、0.02％或0.03％。所述步骤(2)中搅拌温度为50-90℃(优选70℃)，搅拌时间为2-6h(优选4h)。所述步骤(2)中旋涂速度为1500-4000rpm(优选2500rpm)，旋涂时间为20-60s(优选45s)；PbI2-Ti3C2Tx前驱体溶液的旋涂量为20-45μL，优选40μL。所述步骤(2)中旋涂过程中将CH3NH3I溶液连续滴加到PbI2薄膜上是在旋涂第25-35s(优选30s)时将CH3NH3I溶液连续滴加到PbI2薄膜上。所述步骤(2)中CH3NH3I溶液的滴加时间为2-5s(优选3s)；CH3NH3I溶液滴加量为100-300μL，优选250μL。所述步骤(2)中CH3NH3I溶液浓度为40-60mg/mL(优选60mg/mL)，溶剂为异丙醇。所述步骤(2)中退火处理温度为100-150℃，退火处理时间为30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有平面结构的钙钛矿太阳能电池，其自下而上依次包括：导电玻璃(1)、电子传输层(2)、吸光层(3)、空穴传输层(4)、对电极(5)，其特征在于，所述吸光层(3)为掺杂有Ti

【技术特征摘要】
1.一种具有平面结构的钙钛矿太阳能电池，其自下而上依次包括：导电玻璃(1)、电子传输层(2)、吸光层(3)、空穴传输层(4)、对电极(5)，其特征在于，所述吸光层(3)为掺杂有Ti3C2Tx的钙钛矿型光伏材料，所述Ti3C2Tx的掺杂量为钙钛矿型光伏材料中PbI2质量的0.01％-0.20％。


2.根据权利要求1所述电池，其特征在于，所述掺杂有Ti3C2Tx的钙钛矿型光伏材料为CH3NH3PbI3-Ti3C2Tx，厚度为200-700nm；所述Ti3C2Tx具有单层或少层的二维片层结构，片层尺寸为200nm-1μm。


3.根据权利要求1所述电池，其特征在于，所述导电玻璃(1)为掺氟氧化锡FTO玻璃；电子传输层(2)为SnO2，厚度为30-70nm；空穴传输层(4)为spiro-OMeTAD，厚度为70-130nm；对电极(5)为金，厚度为30-130nm。


4.一种具有平面结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
(1)将电子传输层前驱体溶液旋涂在导电玻璃(1)上，经过退火处理，形成电子传输层(2)；
(2)将具有单层或少层的Ti3C2Tx分散液加入PbI2溶液中，搅拌，将得到的PbI2-Ti3C2Tx前驱体溶液旋涂在步骤(1)中电子传输层(2)上，在PbI2-Ti3C2Tx仍处于旋涂的过程中将CH3NH3I溶液连续滴加到PbI2薄膜上，退火处理，形成掺杂有Ti3C2Tx的钙钛矿薄膜，即钙钛矿吸光层，其中Ti3C2Tx质量为PbI2...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青红，赵宇，张歆，侯成义，王宏志，李耀刚，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31