一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，清洗基片FTO玻璃，并刻蚀；浸泡入Sn

【技术实现步骤摘要】
一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法
技术介绍
钙钛矿太阳能电池作为第三代新型的光伏器件，在材料成和制备工艺这两方面均具有突出优势。自2012年首个高效器件报道之后，在全世界范围内吸引了广泛关注，并被《科学》杂志评为2013年十大科技进展之一。之后的短短7年内，钙钛矿太阳能电池器件的认证光电转换效率从15％左右跃升至25.2％，超越多晶硅太阳能电池效率(23.3％)。可以看出，钙钛矿光伏技术具备了初步产业化的基础。目前，平面异质结构钙钛矿电池广泛采用氧化锡(SnO2)作为电子传输层(ETL)，这主要是因为：(1)SnO2具有深导带和与钙钛矿更匹配的能级位置，ETL/钙钛矿界面的优良能带将增强电子层提取电子和阻挡空穴的能力。(2)SnO2具有高达240cm2V-1S-1的高体积电子迁移率和高导电性，可以高效的传输电子，降低电子空穴复合损耗。(3)SnO2具有较宽的光学带隙(3.6-4.0eV)，对可见光具有较高的透射率，能够保证大部分光通过并被钙钛矿吸收。(4)SnO2易于低温处理(＜200℃)，可做柔性太阳能电池且易于商业化。(5)与TiO2或其他ETL相比，SnO2具有优异的化学稳定性、抗紫外线性能和较低的光催化活性，这有助于器件的整体稳定性。含有Sn4+，Sn2+的化合物和溶液作为常规锡源，都常用于钙钛矿太阳能电池电子传输层的制作中。可通过溶液浓度、退火温度及时间的改变来调整粒子半径大小、成膜厚度等，从而得到不同晶型不同厚度的SnO2电子层薄膜。但是由于低温溶液法制备的氧化锡薄膜存在较多的缺陷，对钙钛矿太阳能电池的光伏性能及稳定性不利。
技术实现思路
本专利技术目的在于提高钙钛矿太阳能电池光电转换效率和稳定的需求，提出一种稳定高效钙钛矿太阳能电池制备方法，其氧化锡电子传输层薄膜具有更高的短路电流Jsc和更高的光电转换效率，具有更好的长期稳定性。为达到上述目的，采用技术方案如下：一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：1)清洗基片FTO玻璃，并刻蚀；2)将处理后的FTO玻璃浸泡入Sn4+稀释液中并密封，鼓风干燥箱中加热至出现些许白色絮状沉淀，取出并超声清洗；浸泡入Sn2+稀释液中并密封，鼓风干燥箱中加热至乳白色，取出并超声清洗；重复上次步骤两次，退火处理得到SnO2电子传输层；3)一步反溶剂旋涂法在SnO2电子传输层上制备钙钛矿吸光层Cs0.1FA0.9PbI3；4)利用Spiro-OMeTAD(HTL)溶液作为空穴传输层，均匀涂覆于冷却后的钙钛矿吸光层表面；5)采用真空蒸镀法蒸镀金薄膜作为电极。按上述方案，步骤2中Sn4+稀释液按以下方法制备：无水SnCl4与去离子水按体积比例3:7混合，在冰水浴中搅拌12-24h，所得混合溶液用去离子水稀释18-20倍，放入冰箱冷藏待用。按上述方案，步骤2中Sn2+稀释液按以下方法制备：在去离子水中加入适量尿素、浓盐酸调节溶液pH<1,加入0.025vt％的巯基乙酸，最后加入SnCl2·2H2O配制浓度为0.010-0.012mmol/L的SnCl2溶液，在冰箱冷藏三天后用去离子水稀释6倍使用。按上述方案，步骤2中浸泡入Sn4+稀释液后鼓风干燥箱的温度为80-100℃，加热时间为40-50min。按上述方案，步骤2中浸泡入Sn2+稀释液后鼓风干燥箱的温度为60-80℃，时间为1.5-2h。按上述方案，步骤2中退火温度为170-190℃，退火时间为0.5-1.5h。低温溶液法制备的SnO2电子传输层容易引入氧空位，从而造成钙钛矿太阳能电池整体缺陷增加，器件光电转换效率与长期稳定性下降，本专利技术利用Sn4+能够快速水解与结晶性良好优点，同时引入Sn2+，减少电子传输层缺陷，钝化钙钛矿层与SnO2电子传输层的界面，表现出更高的载流子迁移率，非辐射复合减少，对短路电流提高显著，同时提高了器件的光电转换效率与长期稳定性。本专利技术以2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)为空穴传输材料，以Cs0.1FA0.9PbI3(其中FA指甲脒)为钙钛矿吸光材料，利用无水四氯化锡(SnCl4)和二水合氯化亚锡(SnCl2·2H2O)作为含有Sn4+，Sn2+的锡源制备氧化锡电子传输层，探究表明优化电子传输层后明显改善钙钛矿太阳能电池的电荷传输，得到了稳定高效的太阳能电池器件。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点和有益效果：1)制备工艺简单，重复性强；2)具有更高的短路电流Jsc和更高的光电转换效率；3)具有更好的长期稳定性。附图说明图1：实施例所得SnO2纳米薄膜材料的电子扫描显微镜图；图2：实施例所得钙钛矿薄膜扫描电子显微镜图。具体实施方式实施例1：1)Sn2+稀释液的配置：在去离子水中加入适量尿素、浓盐酸调节溶液pH<1,加入0.025vt％的巯基乙酸，最后加入SnCl2·2H2O配制浓度为0.010mmol/L的SnCl2溶液，在冰箱冷藏三天后用去离子水稀释6倍使用。2)飞秒激光刻蚀透明导电基底FTO玻璃，分别用洗洁精、去离子水、乙醇超声清洗15min，用干燥空气气枪吹干，再经过紫外-臭氧10min处理去除表面残留有机物。3)SnO2纳米薄膜的制备：取120mLSn2+稀释液倒入干净的玻璃容器中，放入洗净并且在紫外线照射处理15min的FTO玻璃并密封。在70℃烘箱中加热90min，至出现些许白色沉淀，后用去离子水冲洗干净玻璃表面。冲洗后将玻璃放入超声机中超声5min，再用去离子水冲洗玻璃表面，重复该步骤三次。用气枪吹去表面水分后，置于180℃钛基热台上加热1h，进行退火。4)钙钛矿吸光层采用一步法制备，制备钙钛矿前驱液，33mgCsI、200mgFAI、629mgPbI2溶于800μLDMF/DMSO的混合溶液(体积比DMF：DMSO＝4:1)。将已制备好电子传输层的FTO基底在UV机中清洗15min，采用滴加乙酸乙酯作为反溶剂的方法在SnO2薄膜上制备覆盖完全且结晶良好的钙钛矿薄膜。旋涂转速为6000rpm，时间为30s；在旋涂过程中的倒数第5秒滴加反溶剂乙酸乙酯，并在120℃热台上退火60min后冷却。5)以氯苯为溶剂，配制73mg/mLSpiro-OMeTAD溶液作为空穴传输材料，添加30μL4-叔丁基吡啶，29μL钴盐溶液，18μL锂盐溶液。将配置好的Spiro-OMeTAD溶液，均匀涂覆于冷却后的钙钛矿薄膜表面，在3000rpm的转速条件下旋涂30s。采用真空镀膜在空穴传输层表面蒸镀80nm厚的Au薄膜作为金属电极。对本实验制备得到的钙钛矿太阳能电池进行测试，测试条件为一个光强，测试面积为0.16cm2，测试光源为AAA级别，结果显示，电池反向扫描光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n1)清洗基片FTO玻璃，并刻蚀；/n2)将处理后的FTO玻璃浸泡入Sn

【技术特征摘要】
1.一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
1)清洗基片FTO玻璃，并刻蚀；
2)将处理后的FTO玻璃浸泡入Sn4+稀释液中并密封，鼓风干燥箱中加热至出现些许白色絮状沉淀，取出并超声清洗；浸泡入Sn2+稀释液中并密封，鼓风干燥箱中加热至乳白色，取出并超声清洗；重复上次步骤两次，退火处理得到SnO2电子传输层；
3)一步反溶剂旋涂法在SnO2电子传输层上制备钙钛矿吸光层Cs0.1FA0.9PbI3；
4)利用Spiro-OMeTAD(HTL)溶液作为空穴传输层，均匀涂覆于冷却后的钙钛矿吸光层表面；
5)采用真空蒸镀法蒸镀金薄膜作为电极。


2.如权利要求1所述稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤2中Sn4+稀释液按以下方法制备：
无水SnCl4与去离子水按体积比例3:7混合，在冰水浴中搅拌12-24h，所得混合溶液用去离子水稀释18-20倍，放入冰箱冷藏待用...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄福志，郑循天，貊艳平，程一兵，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42