一种基于MXene的高效率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基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。本发明专利技术的高效率钙钛矿太阳能电池由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；电子传输层为低程度氧化Ti

【技术实现步骤摘要】
一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能具有环境友好、资源丰富且可再生等优点，是解决当今社会能源短缺和环境污染等问题的重要一环。钙钛矿太阳能电池是以钙钛矿型有机金属卤化物半导体材料作为吸光层的第三代太阳能电池，其成本低廉、制备工艺简单且具有较好的柔性，拥有很好的应用前景。钙钛矿型太阳能电池一般由透明导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、金属对电极五个部分组成。其中，电子传输层在钙钛矿太阳能电池中具有重要的意义，高效的电子传输层可以有效传输电子并阻挡空穴，同时降低载流子复合率、避免载流子在器件内部累积，从而提高太阳能光电转换效率、器件寿命等。Ti3C2Tx(MXene)材料作为具有高导电性、柔性、表面官能团可调节的二维层状材料，在储能、催化、医疗等领域有着广泛的应用。其可低温制备、柔性、高透过率等性质，使其作为电子传输层在钙钛矿太阳能电池中具有较大的应用潜力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本专利技术的钙钛矿太阳能电池是以低程度氧化Ti3C2Tx、或者为高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率可高达18.29％。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案具体如下：本专利技术提供一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；所述电子传输层为低程度氧化Ti3C2Tx、或者为高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料；所述低程度氧化Ti3C2Tx为将Ti3C2Tx胶体溶液在50℃热台上进行搅拌处理，将搅拌48小时后的溶液定义为低程度氧化Ti3C2Tx；所述高程度氧化Ti3C2Tx为将Ti3C2Tx胶体溶液在50℃热台上进行搅拌处理，将搅拌72小时后的溶液定义为高程度氧化Ti3C2Tx；所述原始Ti3C2Tx为未经处理的Ti3C2Tx胶体溶液。在上述技术方案中，所述Ti3C2Tx胶体溶液的浓度为3.0mg/mL。在上述技术方案中，所述复合材料中高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的体积比为1:1-10:1。在上述技术方案中，所述复合材料中高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的体积比为1:1-5:1。在上述技术方案中，所述复合材料中高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的体积比为5:1。在上述技术方案中，所述透明导电玻璃阴极为氧化铟锡ITO，所述钙钛矿层为CH3NH3PbI3，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD((2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴))，所述金属阳极为Ag。在上述技术方案中，所述电子传输层的厚度为15-25nm，钙钛矿层的厚度为290-310nm，空穴传输层的厚度为120-140nm，金属阳极的厚度为50-70nm。本专利技术还提供一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：1)将透明导电玻璃阴极进行紫外臭氧预处理；2)在透明导电玻璃上旋涂电子传输层；3)在电子传输层上旋涂钙钛矿层；4)在钙钛矿层上旋涂空穴传输层；5)在空穴传输层上蒸镀金属阳极；其特征在于，步骤2)具体包括以下步骤：将步骤1)中紫外臭氧预处理过的透明导电玻璃置于匀胶机上，旋涂低程度氧化Ti3C2Tx、或者高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料，旋涂结束后，进行退火处理、及紫外臭氧处理。在上述技术方案中，步骤2)中旋涂电子传输层时转速为2500rpm/min、旋转30s，退火处理为100℃退火30min，紫外臭氧处理30分钟。在上述技术方案中，所述基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法的一种具体实施方式如下：1)透明导电玻璃阴极的处理：将清洗干净的透明导电玻璃进行紫外臭氧预处理30分钟；2)电子传输层的制备及处理：将步骤1)中紫外臭氧预处理过的透明导电玻璃置于匀胶机上，旋涂低程度氧化Ti3C2Tx、或者高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料，转速为2500rpm/min旋转30s，旋涂结束后，进行退火处理，退火温度及时间为100℃退火30min，再进行紫外臭氧处理30分钟；3)钙钛矿层的制备：将步骤2)中的器件置于充满氩气的手套箱，在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液，其过程为旋涂5000rpm/min，时间为30秒，并在25秒时滴加350微升的氯苯，旋涂结束后置于热台上进行退火处理，退火温度及时间为100℃退火10分钟；4)空穴传输层的制备：在钙钛矿层上旋涂空穴传输层，其过程为旋涂4000rpm/min，时间为30秒，随后放置于干燥箱中使其氧化1夜；5)金属阳极的制备：利用真空蒸发镀膜机在压强小于6*10-4Pa时在空穴传输层上蒸镀金属阳极，其蒸发速率为本专利技术的有益效果是：本专利技术的钙钛矿太阳能电池是以低程度氧化Ti3C2Tx、或者为高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料作为电子传输层的高效率钙钛矿太阳能电池，其光电转换效率可高达18.29％。本专利技术提供的高效率钙钛矿太阳能电池的制备方法，其合成工艺简单易行，设备要求低，有良好的工业应用前景。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1是本专利技术的基于低程度氧化Ti3C2Tx、或者为高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料作为电子传输层的高效率钙钛矿太阳能电池器件结构图。图2是本专利技术基于Ti3C2Tx、低程度氧化Ti3C2Tx、高程度氧化Ti3C2Tx、及高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx复合材料的溶液照片。图3是本专利技术制备的基于Ti3C2Tx、低程度氧化Ti3C2Tx、高程度氧化Ti3C2Tx、及高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx复合材料作为电子传输层的高效率钙钛矿太阳能电池器件的J-V曲线图。具体实施方式结合图1说明本专利技术提供的一种基于Ti3C2Tx(Tx代表表面官能团，一般x取值为2，包含-F、-OH和＝O官能团。)的高效率钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；其特征在于，所述电子传输层为低程度氧化Ti3C2Tx、或者为高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料；所述低程度氧化Ti3C2Tx为将Ti3C2Tx胶体溶液在50℃热台上进行搅拌处理，将搅拌48小时后的溶液定义为低程度氧化Ti3C2Tx；所述高程度氧化Ti3C2Tx为将Ti3C2Tx胶体溶液在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；/n其特征在于，所述电子传输层为低程度氧化Ti

【技术特征摘要】
1.一种基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；
其特征在于，所述电子传输层为低程度氧化Ti3C2Tx、或者为高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的复合材料；
所述低程度氧化Ti3C2Tx为将Ti3C2Tx胶体溶液在50℃热台上进行搅拌处理，将搅拌48小时后的溶液定义为低程度氧化Ti3C2Tx；
所述高程度氧化Ti3C2Tx为将Ti3C2Tx胶体溶液在50℃热台上进行搅拌处理，将搅拌72小时后的溶液定义为高程度氧化Ti3C2Tx；
所述原始Ti3C2Tx为未经处理的Ti3C2Tx胶体溶液。


2.根据权利要求1所述的基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述Ti3C2Tx胶体溶液的浓度为3.0mg/mL。


3.根据权利要求2所述的基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述复合材料中高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的体积比为1:1-10:1。


4.根据权利要求2所述的基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述复合材料中高程度氧化MXene和原始Ti3C2Tx的体积比为1:1-5:1。


5.根据权利要求2所述的基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述复合材料中高程度氧化Ti3C2Tx和原始Ti3C2Tx的体积比为5:1。


6.根据权利要求1所述的基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电玻璃阴极为氧化铟锡ITO，所述钙钛矿层为CH3NH3PbI3，所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD((2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴))，所述金属阳极为Ag。


7.根据权利要求1所述的基于MXene的高效率钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为15-25nm，钙钛矿层的厚度为290-310nm，空穴传输层的厚度为120-140nm，金属阳极的厚度为50-70nm。

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓峰，杨霖，于大明，尤霆，袁林，
申请(专利权)人：储天新能源科技长春有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22