一种基于WS2空穴传输薄膜的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基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)取钨源溶于乙醇水溶液中，调节pH，然后加入硫源，进行溶剂热反应，得到WS2；(2)将所得WS2分散至无水乙醇中得到WS2胶体溶液，将WS2胶体溶液涂覆在导电基底表面，加热退火，制得WS2空穴传输薄膜；(3)在所得WS2空穴传输薄膜上涂覆钙钛矿前驱体溶液，退火得到钙钛矿活性层，再涂覆电子传输层，最后蒸镀金电极，即得目的产物。与现有技术相比，本发明专利技术将WS2纳米材料应用于钙钛矿太阳能电池，制备工艺简单，化学稳定性好，所得WS2薄膜平整致密，具有良好的空穴提取率，将其应用于空穴传输层可降低钙钛矿太阳能电池的成本，且可提高器件的稳定性。且可提高器件的稳定性。且可提高器件的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，涉及一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]随着可持续发展战略的深入，寻找可替代传统化石能源的环保能源是能源方面研究者们的重要任务。而且随着2030年碳达峰、2060年碳中和的目标提出，预示着以太阳能光伏发电为主要推动力的新能源时代已经来临。太阳能电池清洁无污染，可以源源不断的输出电力，使用便捷。目前商业化的太阳能电池以晶硅电池为主，但其成本较高，因此，开发新型、低成本的太阳能电池十分必要。钙钛矿太阳能电池经过十多年的发展，其性能几乎可以媲美发展最成熟的硅太阳能电池，因此有着很大应用潜力。钙钛矿太阳能电池的结构一般由导电玻璃，电子传输层(ETL)，空穴传输层(HTL)，钙钛矿吸收层以及金属电极组成。作为钙钛矿太阳能电池的重要组成部分，空穴传输层在优化功率转换效率和器件的长期稳定性方面起着至关重要的作用，但是其制备成本和稳定性仍是制约钙钛矿太阳能电池进一步发展和应用的瓶颈。常规的空穴传输材料为有机的Spiro
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OMeTAD、PEDOT:PSS，但它们的合成和纯化过程复杂，因而材料价格昂贵，且有机材料的不稳定性导致电池器件快速降解，影响了电池的稳定性，因此寻找新的空穴传输材料，特别是无掺杂材料成为研究热点。
[0003]硫化物纳米材料因其独特的物理和化学性质，在电池、传感器、光催化等领域引起了广泛的关注。已经有研究将硫化物应用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层中，Li等团队报道的研究表明将SnS量子点作为一种新型无机空穴传输材料引入钙钛矿太阳能电池中，可以表现出良好的表面覆盖和优异的空穴提取能力(ACS Appl.Energy Mater.2019,2,3822
‑
3829)。Lei等团队报道的研究制备了一种稳定的无机铜基硫族化合物(Cu
x
S,x＝1.75)可以与Spiro
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OMeTAD协同作为n
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i
‑
p钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，实现更好的电荷转移和减少电荷复合，是制备低成本、高效、长期稳定的钙钛矿太阳能电池的潜在空穴传输材料(Sol.RRL 2017,1700038)。作为一种过渡金属硫化物，WS2由于其独特的二维层状结构、高的载流子迁移率被应用于发光、储能和传感等领域，但还没有被用于钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。WS2纳米片的合成方法有机械剥离法、液体剥离法或离子插层，但这些方法制备的纳米片/颗粒尺寸过大，粒径超过几百纳米，因此无法获得平整、均匀的空穴传输薄膜。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了提供一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，以克服现有技术中空穴传输薄膜不平整均匀、合成和纯化过程复杂、制备成本高或稳定性差等缺陷中的至少一种。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]本专利技术提供了一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制
备方法包括以下步骤：
[0007](1)取钨源溶于乙醇水溶液中，钨源浓度为2～4mM，加入盐酸调节pH至5～7，然后加入硫源，控制硫源浓度为50～100mM，进行溶剂热反应，得到WS2；
[0008](2)将所得WS2分散至无水乙醇中得到WS2胶体溶液，将WS2胶体溶液涂覆在导电基底表面，加热退火，制得WS2空穴传输薄膜；
[0009](3)在所得WS2空穴传输薄膜上涂覆钙钛矿前驱体溶液，退火得到钙钛矿活性层，再涂覆电子传输层，最后蒸镀金电极，即得目的产物。
[0010]进一步的，步骤(1)中，所述的钨源为钨酸钠二水合物或钨酸钠。
[0011]进一步的，步骤(1)中，所述的乙醇水溶液中乙醇的质量分数为50～90％。
[0012]进一步的，步骤(1)中，所述的硫源为谷胱甘肽或半胱氨酸。
[0013]进一步的，步骤(1)中，溶剂热反应温度为200～250℃，反应时间为12～36h。
[0014]进一步的，步骤(2)中，所述的WS2胶体溶液的质量浓度为1～10mg/ml。
[0015]进一步的，步骤(2)中，退火温度为100～200℃，保持时间为10～30min。
[0016]进一步的，步骤(2)中，所述的WS2空穴传输薄膜的厚度为5～50nm。
[0017]进一步的，步骤(3)中，所述的钙钛矿前驱体溶液的溶质为甲铵铅碘、甲脒铅碘、铯铅碘的一种或几种混合物。
[0018]进一步的，步骤(3)中，所述的电子传输层的材质为氧化锡、氧化钛、富勒烯或富勒烯衍生物。
[0019]进一步的，步骤(3)中，退火温度为100～120℃，保持时间为10～30min。
[0020]本专利技术采用简单的溶剂热法制备了WS2纳米颗粒溶液，烘干并分散；涂覆至导电基底，退火后发现薄膜结晶性良好，薄膜均匀，覆盖率高，可作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。且薄膜厚度可控，可以得到具有高度光透过率的薄膜。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术采用溶剂热法制备WS2空穴传输材料，成本廉价、空穴迁移率高、化学稳定性好；
[0023](2)本专利技术的WS2薄膜结晶性良好，薄膜平整均匀、覆盖率高，且可吸收紫外线，从而避免紫外线引起的钙钛矿降解；
[0024](3)本专利技术首次将WS2纳米颗粒应用于钙钛矿太阳能电池，不仅为钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层提供了新的选择，还能提高电池的稳定性，并且降低了电池的制作成本。
附图说明
[0025]图1为实施例1制备的WS2纳米颗粒的透射电镜图；
[0026]图2为实施例1制备的WS2空穴传输薄膜的场发射扫描电镜图；
[0027]图3为实施例1制备的基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的电流密度
‑
电压曲线。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于
下述的实施例。
[0029]以下各实施例中，所采用的原料或处理步骤若无特别说明，则表示采用的现有常规市售产品或常规技术，其中钙钛矿前驱体溶液等原料的配置方法在Journal of Power Sources(Yichuan Rui et al.SnO
2 nanorod arrays with tailored area density as efficient electron transport layers for perovskite solar cells[J].Journal of Power Sources,2018,402:460
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467.)中有记载。
[0030]实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：(1)取钨源溶于乙醇水溶液中，钨源浓度为2～4mM，加入盐酸调节pH至5～7，然后加入硫源，控制硫源浓度为50～100mM，进行溶剂热反应，得到WS2；(2)将所得WS2分散至无水乙醇中得到WS2胶体溶液，将WS2胶体溶液涂覆在导电基底表面，加热退火，制得WS2空穴传输薄膜；(3)在所得WS2空穴传输薄膜上涂覆钙钛矿前驱体溶液，退火得到钙钛矿活性层，再涂覆电子传输层，最后蒸镀金电极，即得目的产物。2.根据权利要求1所述的一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的钨源为钨酸钠二水合物或钨酸钠。3.根据权利要求1所述的一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的乙醇水溶液中，乙醇的质量分数为50～90％。4.根据权利要求1所述的一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的硫源为谷胱甘肽或半胱氨酸。5.根据权利要求1所述的一种基于WS2空穴传输薄膜的钙钛矿太阳能电池的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思明，徐雨田，玄弘杰，芮一川，陈洲宇，林思源，乐益明，
申请(专利权)人：上海工程技术大学，
类型：发明
国别省市：