ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种ZIF‑8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用，在ITO上沉积ZIF‑8缓冲层，然后制备钙钛矿吸光层，最后用于组装钙钛矿太阳能电池。在导电玻璃和钙钛矿层之间加入一层MOF材料ZIF‑8，由于其特有的介孔结构，可以为电子传输提供通道，降低漏电流的产生。缓冲层ZIF‑8具有制备简单，纯度高，且具有相对较高的太阳能电池短路电流等特点，从而进一步优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺，降低成本。

【技术实现步骤摘要】
ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用
本专利技术属于太阳能电池领域，具体涉及一种ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池由于其低廉的成本、简单的制作工艺和全固态等特点，引起了许多研究人员的兴趣。在不到十年的时间里，其光电转换效率已经超过25%，有望成为大规模商业化生产的新一代新型高效太阳能电池。传统的钙钛矿太阳能电池包括三种结构，分别为介孔结构、平面异质结结构、反式结构。无论哪种结构，通常都由电子传输层（ETL）、钙钛矿光吸收层、空穴传输层（HTL）、电极材料等组成。为了进一步缩短成本、精简工艺，近些年来人们制备了无HTL的钙钛矿太阳能电池，也取得了不错的效果。Mei等人制备了以甲胺和5-氨基戊酸为混合阳离子的铅基钙钛矿、无HTL的器件，效率达到12.8%。而对于无ETL的器件制备，却鲜有报道，主要是因为如果直接在导电玻璃上沉积钙钛矿层，容易造成漏电流和电荷复合，从而导致电池光电性能的大幅下降。因此在尽量降低漏电流的条件下制备无ETL的钙钛矿太阳能电池是必要的，对于进一步推动其商业化发展具有重要意义。从目前研究成果来看，关于解决无ETL的钙钛矿太阳能电池的漏电流问题的相关报道较少。我们在导电玻璃和钙钛矿层之间加入一层MOF材料ZIF-8，由于其特有的介孔结构，可以为电子传输提供通道，降低漏电流的产生。目前还尚未有ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用的相关专利报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用。采用简单的溶液浸泡法在ITO上沉积ZIF-8，然后制备钙钛矿吸光层，最后用于组装钙钛矿太阳能电池。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用：在ITO上沉积ZIF-8缓冲层，然后制备钙钛矿吸光层，最后用于组装钙钛矿太阳能电池。无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：将0.4mmolZn(NO3)2和0.8mmol2-甲基咪唑溶于100ml甲醇中，并搅拌60min，然后将洁净的ITO放入上述溶液，浸泡40min，浸泡结束后将基底在70℃烘干，得到ZIF-8缓冲层，接着在ZIF-8缓冲层上面制备钙钛矿层和空穴传输层，最后镀金电极，组装成无电子传输层的钙钛矿太阳能电池用于测试光电性能。本专利技术的优点及用途：在导电玻璃和钙钛矿层之间加入一层MOF材料ZIF-8，由于其特有的介孔结构，可以为电子传输提供通道，降低漏电流的产生。缓冲层ZIF-8具有制备简单，纯度高，且具有相对较高的太阳能电池短路电流等特点，从而进一步优化钙钛矿太阳能电池的制备工艺，降低成本。本专利技术首次提供了ZIF-8缓冲层制备无电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法。该方法新颖，制备过程简单，有良好的商业应用发展前景。附图说明图1为实验合成ZIF-8的XRD图；图2为ZIF-8沉积在ITO上中有关Zn2+离子的高倍XPS谱图；图3为ZIF-8沉积在ITO上的扫描电镜图；图4为基于ZIF-8缓冲层制备的无电子传输层的钙钛矿太阳能电池的光电性能图。具体实施方式为让本专利技术的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，作详细说明。本专利技术的方法如无特殊说明，均为本领域常规方法。实施例1一种无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：将0.4mmolZn(NO3)2和0.8mmol2-甲基咪唑溶于100ml甲醇中，并搅拌60min，然后将洁净的ITO放入上述溶液，浸泡40min，浸泡结束后将基底在70℃烘干，得到ZIF-8缓冲层，接着在ZIF-8缓冲层上面制备CH3NH3PbI3钙钛矿层和Spiro-OMeTAD空穴传输层，最后镀金电极，组装成无电子传输层的钙钛矿太阳能电池用于测试光电性能。其中ZIF-8缓冲层厚度20nm，钙钛矿层厚度500nm，spiro-OMeTAD空穴传输层厚度为100nm，金电极厚度为80nm。对比例1一种未沉积ZIF-8的无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：直接在ITO基底上面制备CH3NH3PbI3钙钛矿层和Spiro-OMeTAD空穴传输层，最后镀金电极，组装成无电子传输层的钙钛矿太阳能电池用于测试光电性能。其中钙钛矿层厚度500nm，spiro-OMeTAD空穴传输层厚度为100nm，金电极厚度为80nm。基于未沉积ZIF-8制备的无电子传输层钙钛矿太阳能电池得到JSC为3.99mA/cm2，VOC为0.79V，FF为0.50的光电性能参数，其最高光电转换效率为1.59%；而实施例1中使用ZIF-8沉积制备的无电子传输层钙钛矿太阳能电池得到JSC为14.45mA/cm2，VOC为0.95V，FF为0.52的光电性能参数，其最高光电转换效率为7.09%，可以看出，基于ZIF-8沉积制备的电池光电性能大幅提高，这是因为ZIF-8沉积能够减少漏电流的产生，有利于电池光电性能。而如果将ZIF-8碳化后再制备钙钛矿太阳能电池，ZIF-8转化为ZnO，ZnO的碱性会诱导有机胺离子的去质子反应，导致沉积在ZnO上的钙钛矿薄膜加热容易分解，限制器件效率的提高和稳定性。图1为ZIF-8的XRD图，其衍射峰与报道文献匹配较好，说明合成的该样品为纯相的ZIF-8。图2为ZIF-8沉积在ITO上有关Zn2+离子的高倍XPS谱图，XPS谱图在结合能为1045.1eV和1022.01eV处出现两个信号峰，经与报道文献对比，它们分别归属于Zn2+离子处于2p1/2和2p3/2能级电子的跃迁信号，这意味着通过溶液浸泡的方法成功地将一层超薄的ZIF-8沉积于ITO薄膜的表面。图3是ZIF-8沉积ITO上面的扫描电镜图，可以看出在ITO上面沉积了一层ZIF-8，铺满整个膜层。如图4所示，在100mW/cm2的光强、AM1.5条件下，基于ZIF-8缓冲层制备的无电子传输层的钙钛矿太阳能电池得到JSC为14.45mA/cm2的短路电流，VOC为0.95V，FF为0.52的光电性能参数，其最高光电转换效率为7.09%。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，凡依本专利技术申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本专利技术的涵盖范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，在ITO上沉积ZIF-8缓冲层，然后制备钙钛矿吸光层，最后用于组装钙钛矿太阳能电池。/n

【技术特征摘要】
1.一种ZIF-8缓冲层在无电子传输层钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，在ITO上沉积ZIF-8缓冲层，然后制备钙钛矿吸光层，最后用于组装钙钛矿太阳能电池。


2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，具体包括如下步骤：将0.4mmolZn(NO3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李亚峰，王晶晶，魏明灯，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35