基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法及钙钛矿太阳电池的制备技术

本发明专利技术公开一种基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层及钙钛矿太阳电池的方法，首先通过热蒸发将PbI

【技术实现步骤摘要】
基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法及钙钛矿太阳电池的制备
本专利技术涉及太阳电池领域，特指一种基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法及钙钛矿太阳电池的制备。
技术介绍
钙钛矿材料优异的光学性能、大载流子扩散长度、低加工成本使钙钛矿太阳电池在近些年获得了广泛的关注，其能量转换效率(也即光电转化效率)已从最初的3.8％提高到超过25％。目前,制备高质量钙钛矿太阳电池吸收层的方法主要包括溶液法和热蒸发法两类。相较于溶液法，热蒸发法制备钙钛矿吸收层避免了有机溶剂的使用，因而更绿色环保，而且在制备大面积器件方面也具有一定的优势。然而，目前报道的热蒸发法制备钙钛矿太阳电池的最高效率仅约为20％，与溶液法的最高效率有不小的差距。热蒸发制备钙钛矿吸收层缺乏对钙钛矿晶体成核和生长的有效控制可能是造成上述效率差距的主要原因之一。因此，研究热蒸发法对钙钛矿晶体成核和生长的控制对实现钙钛矿太阳电池的产业化具有重要的作用。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的问题，本专利技术提供一种基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法及钙钛矿太阳电池，通过采用分步热蒸发甲基碘化铵(CH3NH3I，简称MAI)来控制钙钛矿晶体成核和生长，增大钙钛矿薄膜晶粒尺寸，从而获得具有较高效率和稳定性的钙钛矿太阳电池吸收层。为实现上述目的，本专利技术所采用的具体技术方案为：一种基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法，包括如下步骤：(1)在预处理后的FTO玻璃的表面生成TiO2电子传输层；<br>(2)在物理沉积设备中，通过蒸发将PbI2沉积在TiO2电子传输层上，形成PbI2薄膜；然后于放置有MAI粉末的热蒸发装置中，所述PbI2薄膜依次通过一次热蒸发反应和二次热蒸发反应形成钙钛矿薄膜，然后经退火处理获得所述钙钛矿太阳电池吸收层；所述PbI2薄膜的厚度为180±20nm，沉积速度为所述一次热蒸发和二次热蒸发的具体操作为：把制备的PbI2薄膜放置在热蒸发装置中，并在PbI2薄膜的正下方放置MAI粉末；然后在200±10℃的环境下，首先常压反应1～10min，完成一次热蒸发反应，然后负压反应2～15min，完成二次热蒸发反应，所述负压为<0.5Pa。进一步的，步骤(2)中所述退火处理的具体方法为：将所述钙钛矿薄膜于150±5℃环境下持续15min。进一步的，所述TiO2电子传输层的具体形成方法包括如下步骤：导电玻璃预处理：将FTO玻璃放入清洗剂中浸泡10min，用无尘布擦拭表面的污渍，再依次放入去离子水、丙酮、无水乙醇中分别超声清洗20min，然后放入烘箱烘干；低温溶液法制备TiO2电子传输层：将TiCl4缓慢滴加到去离子水冻成的冰块上，等冰融化后放入预处理后的导电玻璃，在70℃下反应80±5min，然后用去离子水反复冲洗，再放入100℃烘箱中干燥，得到形成在所述FTO表面的TiO2电子传输层。一种钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：步骤1)，配制空穴传输层溶液：首先将Li-TFSI溶解于乙腈中制得Li-TFSI溶液，再将spiro-MeOTAD、4-叔丁基吡啶和Li-TFSI溶液溶入氯苯中，搅拌至充分分散后过滤，制得所述空穴传输层溶液；步骤2)，在如上所述的基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法所制得的制备好的钙钛矿太阳电池吸收层上旋涂步骤1)制备的空穴传输层溶液，使形成空穴传输层，最后利用物理气相沉积法在空穴传输层上蒸镀金电极，金电极厚度在50-200nm，从而形成钙钛矿太阳电池。采用两步热蒸发MAI，可使少量的MAI在常压下升华，并与PbI2薄膜反应生成钙钛矿前驱体晶核。当迅速抽气使反应腔室达到一定的负压后，MAI粉末升华成大量蒸气。这些蒸气在与PbI2薄膜反应的过程中，使第一阶段产生的钙钛矿前驱体晶核迅速生长，在退火后转变为钙钛矿薄膜。相比于现有技术，本专利技术所取得的有益效果有：分步热蒸发MAI可控制钙钛矿晶体成核和生长。首先在常压下热蒸发MAI产生少量的MAI蒸气，用于与PbI2薄膜反应生成钙钛矿前驱体晶核，并控制成核速率和数量。然后在负压下热蒸发MAI产生大量的MAI蒸气，用于与剩余的PbI2反应，使上述钙钛矿前驱体晶核生长，并提升晶核生长的速率。采用此方法制备的钙钛矿薄膜具有更大尺寸的晶粒，可提高器件的光电转换效率和稳定性。附图说明图1为热蒸发装置图；图2为实施例1和对比实施例1制备所得的钙钛矿薄膜的XRD图；图3为实施例1和对比实施例1制备所得的钙钛矿薄膜的透射率图；图4为对比实施例1制备电池J-V曲线图及其光电性能参数；图5为实施例1制备电池J-V曲线图及其光电性能参数。具体实施方式本专利技术用下列实施例来进一步说明本专利技术的技术特征，但本专利技术的保护范围并非限于下列实施例。见图1，为以下实施例中所用热蒸发装置的结构示意图，包括壳体，所述壳体上设有放样口、用于与真空泵密闭连接的抽气口及用于连接真空计的真空度测量口，可内部形成腔室，腔室内设有样品架。对比实施例11)清洗FTO玻璃：将FTO玻璃(1.5*2.5cm，市售)放入清洗剂中浸泡10min，用无尘布擦拭表面的污渍，再依次放入去离子水、丙酮、无水乙醇中分别超声清洗20min，放入烘箱烘干(75℃)；2)低温溶液法制备TiO2电子传输层：将4.5mlTiCl4(AR，市售)缓慢滴加到200ml去离子水冻成的冰块上，等冰融化后将步骤1)清洗好的FTO玻璃浸入TiCl4水溶液中，在70℃下反应80min，然后用去离子水冲洗三遍，放入100℃烘箱中干燥1h，得到FTO/TiO2；3)称量0.6gPbI2粉末(99.99％，市售)；4)配制HTL溶液：将Li-TFSI(Lithium-bis(trifluoromethanesulphonyl)imide)溶解于乙腈中制得浓度为520mg/ml的Li-TFSI溶液，再将101.22mgspiro-MeOTAD(2,2',7,7'-Tetrakis[N,N-di(4-methoxyphenyl)amino]-9,9'-spiro-bifluorene)、40.32μL4-叔丁基吡啶和24.5μL的Li-TFSI溶液溶入1ml氯苯中，搅拌12h后过滤；5)将步骤2)制备的TiO2电子传输层和步骤3)称量的PbI2放入物理沉积设备中进行蒸发，制备出约230nm厚的PbI2薄膜，沉积控制为约6)把步骤5)制备的PbI2薄膜放置在热蒸发装置中，并在装置中央放入150mgMAI(AR，市售)(如图1所示)；然后将热蒸发装置放置在200℃的热台上，并立即对腔室进行快速抽气，达到负压(<0.5Pa)，持续20min，最后取出，制得钙钛矿薄膜。7)将步骤6)中制备的钙钛矿薄膜放在150℃的热台上进行退火，持续15min，获得钙钛矿太阳电池吸收层。8)在步骤7)制备好的钙钛矿太阳电池吸收层上旋涂步骤4)制备本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法，其特征在于：包括如下步骤：/n(1)在预处理后的FTO玻璃的表面生成TiO

【技术特征摘要】
1.一种基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)在预处理后的FTO玻璃的表面生成TiO2电子传输层；
(2)在物理沉积设备中，通过蒸发将PbI2沉积在TiO2电子传输层上，形成PbI2薄膜；然后放置于有MAI粉末的热蒸发装置中，所述PbI2薄膜依次通过一次热蒸发反应和二次热蒸发反应形成钙钛矿薄膜，然后经退火处理获得所述钙钛矿太阳电池吸收层；所述PbI2薄膜的厚度为180±20nm，沉积速度为
所述一次热蒸发和二次热蒸发的具体操作为：把制备的PbI2薄膜放置在热蒸发装置中，并在PbI2薄膜的正下方放置MAI粉末；然后在200±10℃的环境下，首先常压反应1～10min，完成一次热蒸发反应，然后负压反应2～15min，完成二次热蒸发反应，所述负压为<0.5Pa。


2.根据权利要求1所述的基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法，其特征在于：步骤(2)中所述退火处理的具体方法为：将所述钙钛矿薄膜于150±5℃环境下持续15min。


3.根据权利要求1所述的基于分步热蒸发制备钙钛矿太阳电池吸收层的方法，其特征在于：所述Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，王立，刘雯雯，胡志蕾，张晶，曹梦莎，贾旭光，袁宁一，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32