一种钙钛矿太阳能电池的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。包括以下步骤：在透明导电基底上依次制备电子传输层、钙钛矿薄膜后，热压一层含有丁基碘化铵或辛胺碘的导电碳电极在上面，热压过程中碳电极中的丁基碘化铵或辛胺碘会与钙钛矿薄膜反应生成2D钙钛矿，经热压后获得和3D钙钛矿层接触良好的碳电极层。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池以导电碳电极替代了昂贵的金属电极，无空穴传输层，大大降低了电池的制备成本。同时导电碳电极具有电导率高、低温工艺，惰性离子迁移(从钙钛矿和金属电极)和防水等优点，因此有利于高的器件稳定性，而且本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率较高。电池的光电转换效率较高。电池的光电转换效率较高。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术介绍

[0002]基于有机金属卤化物钙钛矿材料作为光吸收剂的钙钛矿太阳能电池在过去几年经历了快速发展，其认证的功率转换效率已飙升至25.7％，可与现有的光伏技术相媲美。目前，迫切需要开发具有低成本原材料和制造工艺以及长期稳定性的高器件性能，以使钙钛矿太阳能电池成为可再生能源转换的可靠解决方案。特别是，对电极在决定钙钛矿太阳能电池的性能、成本甚至稳定性方面起着重要作用。对于最先进的电池器件，贵金属，如银(Ag)和金(Au)，在各种替代材料中通常被首选作为对电极。除了高价格的设备、运行和材料成本、与金属电极相关的界面劣化是钙钛矿太阳能电池初始降解的主导因素，这发生在由水分或热引起的钙钛矿降解之前。因此，迫切需要寻求更多廉价且稳定的电极材料和用于高效钙钛矿太阳能电池的适当制备技术。事实上，碳基材料因其合适的费米能级(5.0eV)、超低成本、离子迁移和耐水性以及无需真空制备工艺而备受关注。一般来说，无空穴传输层的碳基钙钛矿太阳能电池的性能不佳主要是碳电极和钙钛矿层之间的界面接触不良导致的。
[0003]基于此，本专利技术提供了一种以钙钛矿太阳能电池的制备方法，用以改善碳电极和钙钛矿层之间的界面接触不良问题，从而为钙钛矿太阳能电池商用化提供一种方案。

技术实现思路

[0004]为了改善碳电极和钙钛矿层之间的界面接触不良问题，本专利技术提出了一种高效的碳基无空穴钙钛矿太阳能电池的制备方法。首先在碳膜里添加丁基碘化铵或辛胺碘，然后把碳膜置于钙钛矿表面，通过热压机热压的过程中含丁基碘化铵或辛胺碘的碳电极和钙钛矿之间形成部分2D钙钛矿使得碳电极和钙钛矿层之间的界面接触得到改善。
[0005]本专利技术以钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0006]在导电基底上制备电子传输层；在电子传输层上制得吸光层薄膜。将退火完的钙钛矿薄膜置于热压机上，然后将制备好的添加了丁基碘化铵或辛胺碘的碳膜放置在钙钛矿薄膜上，接着开启热压机压制，制得碳基无空穴钙钛矿太阳能电池。
[0007]优选地，所述吸光层溶液的有机溶剂为γ
‑
丁内酯、N,N
‑
二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或N,N
‑
二甲基乙酰胺。
[0008]优选地，所述导电基底为FTO玻璃、ITO玻璃、ICO玻璃、IWO玻璃、IZO玻璃、AZO玻璃、柔性PEN或柔性PET。
[0009]优选地，所述电子传输层上还可制备介孔层，介孔层材料为ZnO、TiO2、SiTiO3或ZrO2。
[0010]优选地，所述对电极为碳。
[0011]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0012](1)可以显著提高器件的水稳定性；
[0013](2)通过热压机热压的过程中碳电极和钙钛矿之间形成部分2D钙钛矿使得碳电极和钙钛矿层之间的界面接触得到改善。
[0014](3)加入丁基碘化铵或辛胺碘的碳膜制备的电池器件，和未加过丁基碘化铵或辛胺碘的电池器件相比，光电转化效率有明显提升。
附图说明
[0015]图1本专利技术实例1的钙钛矿太阳能电池的基本结构示意图；
[0016]图2为本专利技术实例1的以钙钛矿太阳能电池的制备方法的关键操作步骤示意图；
[0017]图3为碳基钙钛矿太阳能电池的SEM截面图；其中，a为含丁基碘化铵制备的器件；b为不含丁基碘化铵制备的器件图；
[0018]图4为本专利技术实例1制得的高效碳基无空穴钙钛矿太阳能电池的J
‑
V曲线图；
[0019]图5为本专利技术实例2制得的高效碳基无空穴钙钛矿太阳能电池的J
‑
V曲线图
[0020]图6为本专利技术实例3制得的高效碳基无空穴钙钛矿太阳能电池的J
‑
V曲线图
具体实施方式
[0021]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步说明，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。
[0022]实施例1
[0023]一种高效碳基无空穴钙钛矿太阳能电池的制备方法，以ITO为导电基底、二氧化锡为电子传输层、Cs
0.065
(FA
0.7
MA
0.3
)
0.935
Pb(I
0.89
Br
0.11
)3为钙钛矿吸光层、无空穴传输层、碳为对电极，具体包括以下步骤：
[0024]步骤1：将刻蚀好的2cm
×
1.6cm大小的ITO玻璃放入清洗架，依次采用洗涤剂：去离子水＝1:20、无水乙醇、丙酮、异丙醇和无水乙醇分别在超声机中超声30min清洗表面，再用氮气吹干待用；
[0025]步骤2：将质量分数为15wt.％的二氧化锡胶质溶液用去离子水：二氧化锡溶胶原液＝3:1的体积比稀释，配制出适量的二氧化锡溶液，超声30min，使其混合均匀，过滤后得到电子传输层溶液；
[0026]步骤3：将步骤1清洗后的ITO玻璃进行紫外臭氧处理15min，表面旋涂电子传输层溶液，使用的旋涂参数为4000rpm@20s(加速度2000rpm/s)，随后在180℃的热台上退火20min，制备得到电子传输层；
[0027]步骤4：配置1ml的PbI2混合溶液需称取PbI2:CsI:PbCl2＝600mg:16.9mg:9mg；随后，在手套箱中加入900ul的DMF和100ul的DMSO溶剂于70℃下溶解；配置1ml的FAI混合的有机阳离子溶液需称取FAI:MABr:MACl,60mg:6mg:6mg；随后，在手套箱中加入1ml的IPA溶剂并在室温下搅拌溶解；
[0028]步骤5：第一步将在步骤3得到的带二氧化锡的ITO玻璃表面滴加50μL步骤4配制得到的PbI2混合溶液，以1500r/min的转速旋涂30s，然后再70℃退火10s。PbI2薄膜在氮气手套箱中冷却至室温后，第二步将混合的FAI有机阳离子溶液并旋涂到PbI2薄膜上以1700r/min持续30秒。旋涂完毕后，在空气环境中湿度小于40％RH的热台上150℃退火15min，制得吸光
层薄膜。
[0029]步骤6：含丁基碘化铵的碳膜制备是把碳浆通过刮刀法直接涂覆在玻璃基板上。然后将所制备的湿膜浸入乙醇溶剂中，通过溶剂交换过程去除残留溶剂，当交换过程完成后，碳膜会从玻璃基板上自发剥离，形成自支撑膜。最后在碳膜上滴加1mg/ml丁基碘化铵的乙醇溶液。
[0030]步骤7：在步骤5得到的钙钛矿层表面放置由步骤6制备好的碳膜，然后通过热压机热压制得高效碳基无空穴层的2D/3D有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池。
[0031]实施例2
[0032]钙钛矿和含丁基碘化铵的碳膜的制备同实例1，然后通过热压机在不同温度下(90℃、120℃、150℃)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在导电基底上制备电子传输层；(2)在电子传输层表面制备3D钙钛矿吸光层薄膜；(3)将制备的3D钙钛矿薄膜置于热压机上，然后将制备好的添加了丁基碘化铵或辛胺碘的碳膜放置在钙钛矿薄膜上；(4)将碳膜在温度为20至200℃的条件下热压到钙钛矿薄膜上，制备碳电极。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述3D钙钛矿材料为ABX3型钙钛矿，A包括甲胺、甲脒、铯、铷、钾、钠中的至少一种，B包括铅、锡、锗、铋、钛中的至少一种，X包括碘、溴、氯中的至少一种。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述导电基底为FTO玻璃、ITO玻璃、ICO玻璃、IWO玻璃、IZO玻璃、AZ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海进，刘昌江，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：