钙钛矿太阳电池的改性方法和高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳电池的改性方法和高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法。改性是通过一步旋涂法将荧光素钠的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿层靠近空穴传输层一侧的表面，在手套箱内制备形成改性钙钛矿薄膜，进而提高了钙钛矿太阳电池的各项光伏性能。本发明专利技术还依次通过SnO2电子传输层、钙钛矿吸光层、荧光素钠钝化层、空穴传输层的制备，以及电极的蒸镀和电池组装，最终得到的钙钛矿太阳电池。其光电转换效率高达23.24％，且老化720小时后仍然保持初始效率87％以上的光电转换效率，该制备方法操作简易，质量高、重复性好。重复性好。重复性好。

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿太阳电池的改性方法和高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池制备
，具体涉及一种钙钛矿太阳电池的改性方法和高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池(PSCs)作为最新一代光伏电池，以其高效、材料来源广泛、成本低廉、制备工艺简单且柔性制备等优点受到了世界的瞩目而产生了迅猛的发展，有望成为硅太阳能电池的替代者。该技术的关键在于设计和制备高效稳定的太阳能电池器件。
[0003]PSCs一般是由透明导电玻璃基底、电子传输层(ETL)、钙钛矿吸光层、空穴传输层(HTL)以及金属电极构成。在光照下，钙钛矿吸光材料吸收光子的能量，将电子空穴对解离成为自由载流子，快速扩散到钙钛矿层与电荷传输层界面。电子被ETL收集并转向导电玻璃，空穴通过HTL移动到金属电极，最后通过外部电路的连接产生电流。其中，钙钛矿吸光材料是太阳能电池的核心，钙钛矿材料拥有较宽的可调节带隙、吸光系数大、载流子寿命长等特点。但是由于钙钛矿本身钛矿结构的关系，在制备过程中常常都会出现畸变、缺陷以及元素的氧化还原而产生的离子空位；而且在电荷转移过程中，不仅在钙钛矿层存在载流子复合，在所涉及功能层的界面处也经常发生载流子复合，从而导致暗电流的产生，使电池的性能降低，稳定下降。针对这些问题，目前主要考虑通过添加剂工程、界面工程来提高钙钛矿晶体质量，制备均匀致密的钙钛矿膜，降低缺陷浓度，抑制光生载流子的复合，提升其光电性质，调控能级结构从而获得高效而且稳定的钙钛矿太阳能电池。
[0004]荧光素钠是荧光素的钠盐，分子式为C
20
H
10
Na2O5，是一种无毒的染料，其激发光波长在456
‑
490nm，被激发的荧光波长在520
‑
530nm，因而常用于荧光吸附指示剂。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种钙钛矿太阳电池的改性方法和高效稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法，解决了上述
技术介绍
中的问题。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之一是：提供了一种钙钛矿太阳电池的改性方法，通过一步旋涂法将荧光素钠的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿层靠近空穴传输层一侧的表面，在手套箱内制备形成改性钙钛矿薄膜；所述荧光素钠的异丙醇溶液中荧光素钠的浓度范围为0.1
‑
0.3mg/mL，所述改性钙钛矿的晶体颗粒排列整齐致密，尺寸均匀，平均粒径1.00～1.10微米，薄膜的厚度为500～600纳米；优选地，平均粒径约1.05微米，薄膜的厚度达到550纳米。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之二是：提供了一种高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，包括如下步骤：
[0008]1)在室温下将SnO2纳米溶液旋涂到ITO导电玻璃上，通过退火处理制备出SnO2/ITO基底；
[0009]2)将溶液A旋涂在SnO2/ITO基底上，然后退火处理；冷却到室温后，再将溶液B快速滴到基底中心，旋涂到薄膜上，退火处理后制备出SnO2/ITO/PVK基材；所述溶液A为PbI2、N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述溶液B为甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺、甲基氯化胺和异丙醇的混合溶液；
[0010]3)取荧光素钠的异丙醇溶液用旋涂在SnO2/ITO/PVK基材的钙钛矿层上，并退火处理，制备出SnO2/ITO/PVK/Ur基材；
[0011]4)将溶液E旋涂沉积在SnO2/ITO/PVK/Ur基材上，制备出SnO2/ITO/PVK/Ur/Spiro
‑
OMeTAD基材；所述溶液E由双三氟甲磺酰亚胺锂的乙腈溶液加入氯苯、Spiro
‑
OMeTAD、4
‑
叔丁基吡啶的混合溶液中制备而成；
[0012]5)将银电极镀在SnO2/ITO/PVK/Ur/Spiro
‑
OMeTAD基材上，制备出SnO2/ITO/PVK/Ur/Spiro
‑
OMeTAD/Ag器件即为钙钛矿太阳电池。
[0013]在本专利技术一较佳实施例中，所述荧光素钠的异丙醇溶液中荧光素钠的浓度为0.2mg/mL。
[0014]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤3)中，荧光素钠的异丙醇溶液用量为40～50μL，旋涂速度为3500～4000rpm，持续时间30～35秒，100℃下退火10～12分钟。
[0015]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤1)中，在室温下将SnO2纳米溶液以3500～4000rpm的转速旋涂到ITO导电玻璃上，并持续20～30秒，在150℃下退火30～35分钟，制备出SnO2/ITO基底；所述SnO2纳米溶液由SnO2与二次去离子水以1：4的质量比配置而成。
[0016]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)中，溶液A中PbI2、N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的用量比为0.6～0.7g：900μL：100μL，溶液B中甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺、甲基氯化胺和异丙醇的用量比为90mg：6～7mg：9mg：1mL。
[0017]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤2)中，溶液A用量为40μL，旋涂速度为1500～1800rpm，持续时间20～30秒，退火温度为70℃，持续时间1～3分钟；溶液B用量为30μL，5秒内滴到基底中心，旋涂速度为1500～2000rpm，持续时间20～30秒，先在35℃下预退火3～5分钟，然后再150℃下退火10～15分钟。
[0018]在本专利技术一较佳实施例中，所述溶液E的制备方法如下：
[0019]将双三氟甲磺酰亚胺锂溶于乙腈中得到溶液C，所述双三氟甲磺酰亚胺锂和乙腈的用量比为520mg：1mL；在氯苯中加入Spiro
‑
OMeTAD，再加入4
‑
叔丁基吡啶，得到溶液D，所述氯苯、Spiro
‑
OMeTAD和4
‑
叔丁基吡啶的用量比为1mL：72mg：28.8μL；取溶液C加入到溶液D中，超声分散后得到溶液E，所述溶液C与溶液D的体积比为15～20:1000。
[0020]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤4)在充满氮气的手套箱中，采用两步旋涂程序：第一次转速为700rpm，旋涂5秒；第二次转速3500rpm，旋涂20秒；随后置于15％湿度的环境下氧化12小时。
[0021]在本专利技术一较佳实施例中，所述步骤5)中，真空度为6.0
×
10
‑4Pa，蒸镀速度为0.15nm/s，银电极的厚度为100nm。
[0022]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案之三是：提供了一种高效稳定钙钛矿太阳电池，依次层叠设置有SnO2电子传输层、ITO导电玻璃、改性钙钛矿薄膜、Spiro
‑
OMeTAD空穴传输层和银蒸镀层，所述改性钙钛矿薄膜包括钙钛矿吸光层及荧光素钠钝化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳电池的改性方法，其特征在于：通过一步旋涂法将荧光素钠的异丙醇溶液旋涂在钙钛矿层靠近空穴传输层一侧的表面，在手套箱内制备形成改性钙钛矿薄膜；所述荧光素钠的异丙醇溶液中荧光素钠的浓度范围为0.1
‑
0.3mg/mL，所述改性钙钛矿的晶体颗粒平均粒径1.00～1.10微米，薄膜的厚度为500～600纳米。2.一种高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1)在室温下将SnO2纳米溶液旋涂到ITO导电玻璃上，通过退火处理制备出SnO2/ITO基底；2)将溶液A旋涂在SnO2/ITO基底上，然后退火处理；冷却到室温后，再将溶液B快速滴到基底中心，旋涂到薄膜上，退火处理后制备出SnO2/ITO/PVK基材；所述溶液A为PbI2、N,N
‑
二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液，所述溶液B为甲脒氢碘酸盐、甲基碘化胺、甲基氯化胺和异丙醇的混合溶液；3)取荧光素钠的异丙醇溶液用旋涂在SnO2/ITO/PVK基材的钙钛矿层上，并退火处理，制备出SnO2/ITO/PVK/Ur基材；4)将溶液E旋涂沉积在SnO2/ITO/PVK/Ur基材上，制备出SnO2/ITO/PVK/Ur/Spiro
‑
OMeTAD基材；所述溶液E由双三氟甲磺酰亚胺锂的乙腈溶液加入氯苯、Spiro
‑
OMeTAD、4
‑
叔丁基吡啶的混合溶液中制备而成；5)将银电极镀在SnO2/ITO/PVK/Ur/Spiro
‑
OMeTAD基材上，制备出SnO2/ITO/PVK/Ur/Spiro
‑
OMeTAD/Ag器件即为钙钛矿太阳电池。3.根据权利要求1所述的一种高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：所述荧光素钠的异丙醇溶液中荧光素钠的浓度范围为0.1
‑
0.3mg/mL。4.根据权利要求3所述的一种高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中，荧光素钠的异丙醇溶液用量为40～50μL，旋涂速度为3500～4000rpm，持续时间30～35秒，100℃下退火10～12分钟。5.根据权利要求1所述的一种高效稳定钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，在室温下将SnO2纳米溶液以3500～4000rpm的转速旋涂到ITO导电玻璃上，并持续20～30秒，在150℃下退火30～35分钟，制备出SnO2/ITO基底；所述SnO2纳米溶液由SnO2与二次去离子水以1：4的质量比配置而成。6.根据权利要求1所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏月琳，陈霞，黄昀昉，黄雍恒，吴季怀，
申请(专利权)人：华侨大学，
类型：发明
国别省市：