反型钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种反型钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法，属于光电子技术领域。反型钙钛矿太阳能电池器件包括透明底层、导电阳极、空穴传输层、钙钛矿光敏感层、电子传输层以及金属阴极层，所述钙钛矿光敏感层包括功能性材料RSiH3，R的结构骨架为R的结构骨架为和中的任意一种，其中，0≤n≤4，X为I

【技术实现步骤摘要】
反型钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种反型钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法，属于光电子


技术介绍

[0002]太阳能是资源最丰富的可再生能源，具有取之不尽，用之不竭，没有污染的特点，成为各国科学家开发和利用的新能源之一。在各类太阳能电池技术中，基于钙钛矿材料的薄膜太阳电池由于其器件结构简单、加工工艺相对简单和更低的生产成本，在近几年得到了突飞猛进的发展。
[0003]然而，目前的钙钛矿材料存在内在的不稳定性，在外界环境(如水分、氧气、热和紫外线)中，器件的长期稳定性较差，直接限制了其未来的商业化发展，因此，目前最核心的任务是在稳步提升器件效率的同时，加快器件稳定性的研究。
[0004]其中，影响钙钛矿太阳能电池性能的一个重要因素是对钙钛矿材料薄膜成膜性的控制。钙钛矿薄膜的成膜性，如结晶度、表面粗糙度、薄膜厚度、缺陷水平和密度等，决定了载流子传输和复合动力学，从而影响器件的光伏性能。因此，目前大多数研究工作主要集中在钙钛矿薄膜的形态和结晶度的优化上，在成膜过程中，所选择的溶剂、退火工艺和添加剂对最终成膜质量都有很大影响。
[0005]有鉴于此，确有必要对现有的钙钛矿太阳能电池提出改进，以解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种反型钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法，以解决现有钙钛矿光伏器件效率不高、稳定性差的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供了一种反型钙钛矿太阳能电池器件，包括透明底层、导电阳极、空穴传输层、钙钛矿光敏感层、电子传输层以及金属阴极层，所述钙钛矿光敏感层包括功能性材料RSiH3，R的结构骨架为中的任意一种，其中，0≤n≤4，X为I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的任意一种。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述钙钛矿光敏感层为MAPbX3、FAPbX3、(FAPbX3)1‑
y
(MAPbX3)
y
、Cs
y
FA1‑
y
PbX3和CsPbI
y
Br3‑
y
中的任意一种或多种，其中，X为I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的任意一种，0≤y≤1。
[0009]作为本专利技术的进一步改进，所述透明底层为玻璃、透明聚合物柔性材料和生物可降解的柔性材料中的任意一种或多种；所述透明聚合物柔性材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂和聚丙烯酸中的任意一种或多种。
[0010]作为本专利技术的进一步改进，所述导电阳极为氧化铟锡、石墨烯和碳纳米管中的任意一种或多种。
[0011]作为本专利技术的进一步改进，所述空穴传输层为三氧化钼、PEDOT:PSS、CuI、CuSCN、
CuPc、NiO、P3HT、Spiro
‑
OMeTAD和PTAA中的任意一种或多种。
[0012]作为本专利技术的进一步改进，所述电子传输层为TiO2、ZnO、PCBM、ICBA、Bis
‑
C60、PFN和BCP中的任意一种或多种。
[0013]作为本专利技术的进一步改进，所述金属阴极层为铝、钛、钯、镍、铬、铜、金和银中的任意一种或多种。
[0014]为实现上述目的，本专利技术提供了一种反型钙钛矿太阳能电池器件的制备方法，用于制备前述的反型钙钛矿太阳能电池器件，具体步骤为：
[0015]S1、对透明底层及导电阳极所组成的基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；
[0016]S2、在基板表面以旋涂或蒸镀的方式制备空穴传输层；
[0017]S3、在氮气环境下，在空穴传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液，在旋涂结束前10s～15s将掺杂了功能性材料RSiH3的反溶剂滴加在基板的中心，最后进行退火处理，形成钙钛矿光敏感层；
[0018]S4、在钙钛矿光敏感层上以旋涂或蒸镀的方式制备电子传输层；
[0019]S5、通过蒸镀法，在电子传输层上制备金属阴极。
[0020]作为本专利技术的进一步改进，所述功能性材料在所述反溶剂中的掺杂浓度为0.1％
‑
1％。
[0021]作为本专利技术的进一步改进，所述反溶剂为甲苯、二甲苯、乙酸乙酯、氯仿、氯苯和二氯苯中的任意一种或多种。
[0022]本专利技术的有益效果是：本专利技术的反型钙钛矿太阳能电池器件通过在钙钛矿前驱体溶液旋涂过程中，加入掺杂了少量功能性材料RSiH3的反溶剂来交联钙钛矿晶体骨架，使得钙钛矿薄膜结晶晶粒更均匀，成膜性更好，有利于电荷传输，提高了电池光电转换效率，同时，还使得钙钛矿薄膜与水的接触角变大，使得光敏感层的疏水性能提升，进而提高了电池的稳定性；进一步的，器件为反型“三明治”式的结构，所有功能层材料采用蒸镀或低温旋涂成膜，使得器件具有制备工艺简单、设备要求低、制程短、耗时少以及成本低的优点。
附图说明
[0023]图1是本专利技术优选实施例的反型钙钛矿太阳能电池器件的结构示意图。
[0024]图2是本专利技术中未掺杂功能性材料制备的钙钛矿薄膜与掺杂了功能性材料制备的钙钛矿薄膜的接触角的对比图。
[0025]图3是本专利技术实施例2中未掺杂功能性材料制备的反型钙钛矿太阳能电池器件与掺杂了功能性材料的反型钙钛矿太阳能电池器件的J
‑
V曲线对比图。
[0026]图4是本专利技术实施例2中未掺杂功能性材料制备的反型钙钛矿太阳能电池器件与掺杂了功能性材料制备的反型钙钛矿太阳能电池器件的湿度稳定性对比图。
[0027]图5是本专利技术实施例6中未掺杂功能性材料制备的反型钙钛矿太阳能电池器件与掺杂了功能性材料制备的反型钙钛矿太阳能电池器件的表面形貌对比图。
具体实施方式
[0028]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述。
[0029]请参阅图1所示，本专利技术揭示了一种反型钙钛矿太阳能电池器件，包括从下至上依次设置的透明衬底1、导电阳极2、空穴传输层3、钙钛矿光敏感层4、电子传输层5和金属阴极6。
[0030]其中，透明衬底1的材料为玻璃、透明聚合物柔性材料或生物可降解的柔性材料中的任意一种或多种，具体的，透明聚合物柔性材料包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的任意一种或多种。
[0031]导电阳极2的材料为氧化铟锡(ITO)、石墨烯(Graphene)、碳纳米管(Carbon Nanotube)中的任意一种或多种。
[0032]空穴传输层3的材料为三氧化钼、PEDOT:PSS、CuI、CuSCN、CuPc、NiO、P3HT、Spiro
‑
OMeTAD、PTAA中的一种或多种。
[0033]钙钛矿光敏感层4可以为MAPbX3、FAPbX3、(FAPbX3)1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种反型钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：包括透明底层、导电阳极、空穴传输层、钙钛矿光敏感层、电子传输层以及金属阴极层，所述钙钛矿光敏感层包括功能性材料RSiH3，R的结构骨架为中的任意一种，其中，0≤n≤4，X为I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的任意一种。2.根据权利要求1所述的反型钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述钙钛矿光敏感层为MAPbX3、FAPbX3、(FAPbX3)1‑
y
(MAPbX3)
y
、Cs
y
FA1‑
y
PbX3和CsPbI
y
Br3‑
y
中的任意一种或多种，其中，X为I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的任意一种，0≤y≤1。3.根据权利要求1所述的反型钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述透明底层为玻璃、透明聚合物柔性材料和生物可降解的柔性材料中的任意一种或多种；所述透明聚合物柔性材料为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂和聚丙烯酸中的任意一种或多种。4.根据权利要求1所述的反型钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述导电阳极为氧化铟锡、石墨烯和碳纳米管中的任意一种或多种。5.根据权利要求1所述的反型钙钛矿太阳能电池器件，其特征在于：所述空穴传输层为三氧化钼、PE...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓，刘欣，杨定宇，李蔚，孙永朝，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：