一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：取多孔膜骨架，向其中填充钙钛矿前驱体溶液，然后，烘干可挥发溶剂，并在介孔电极层形成界面，得到钙钛矿太阳能电池；所述多孔膜骨架包括依次设置的导电衬底、空穴阻挡层、介孔电子传输层、介孔绝缘层、介孔电极层；所述钙钛矿前驱体溶液包括至少两种带隙不同的钙钛矿。本发明专利技术的钙钛矿太阳能电池的制备方法，可以降低钙钛矿和碳电极的介孔电极层之间的能级失配，提高器件的开路电压，从而提高器件效率。件效率。件效率。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，特别是指一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]有机无机杂化钙钛矿半导体材料是光伏领域发展较快的材料之一，随着钙钛矿太阳能电池转换效率的不断提升，目前认证的转换效率已经达到25.8％。与其他类型的太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池可以使用低温的溶液法制备，制作工艺简单，原料来源广泛，制备成本低廉，具有代替单晶硅太阳能电池，实现廉价光伏发电的巨大发展潜力。
[0003]目前，钙钛矿太阳能电池可以分为平面结构和介孔结构，平面结构的钙钛矿太阳能电池是通过逐层沉积各功能层形成的，从底部到顶部依次为透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极，电子和空穴可以分别被电子传输层材料和空穴传输层材料所提取，使得器件的复合损失较小，开路电压较高。但是，钙钛矿太阳能电池器件结构中的空穴传输层材料和金属电极的价格昂贵，限制了其成本的进一步降低，并且其通常采用旋涂工艺制备薄膜，不利用大面积规模化生产。
[0004]介孔结构的钙钛矿太阳能电池，例如，中国专利文献CN103441217B中公开的可印刷介观钙钛矿太阳能电池，从结构上依次包含导电基底、空穴阻挡层、纳米晶层、绝缘间隔层、空穴收集层，其中，钙钛矿材料贯穿于整个三层介孔膜中，即介孔纳米晶层、绝缘间隔层、空穴收集层的介孔膜中，器件结构十分简单，不含昂贵的金属电极和空穴传输层材料，成本十分低廉，并且其采用丝网印刷工艺，易于大面积化，可印刷介观钙钛矿太阳能电池由于其介孔的限制，具有较高的稳定性，利于商业化生产。
[0005]但是，可印刷介观钙钛矿太阳能电池，相较于的平面结构的钙钛矿太阳能电池转化效率较低，造成转化效率降低的主要原因为开路电压的损失。由于可印刷介观钙钛矿太阳能电池不含空穴传输层材料，钙钛矿和碳电极之间存在能级失配，未被氧化钛提取的电子，扩散至碳电极与碳电极上的空穴产生复合，造成开路电压的降低。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，解决现有技术中的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿和碳电极之间存在能级失配、碳电极提取电子，造成转化效率降低的技术问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0008]一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0009]取多孔膜骨架，向其中填充钙钛矿前驱体溶液，然后，烘干可挥发溶剂，并在介孔电极层形成界面，得到钙钛矿太阳能电池；
[0010]其中，所述多孔膜骨架包括依次设置的导电衬底、空穴阻挡层、介孔电子传输层、介孔绝缘层、介孔电极层；
[0011]所述钙钛矿前驱体溶液中包括至少两种带隙不同的钙钛矿。
[0012]优选地，所述钙钛矿前驱体溶液在所述介孔电子传输层、介孔绝缘层、介孔电极层形成梯度钙钛矿。
[0013]优选地，所述钙钛矿前驱体溶液包括A1‑
x
B
x
；其中，0＜x＜1，A为窄带隙钙钛矿；B为宽带隙钙钛矿。
[0014]优选地，所述A为MAPb1‑
a
Sn
a
I3、FAPb1‑
a
Sn
a
I3中的一种或多种；其中，0≤a≤1，MA为甲胺，FA为甲脒。
[0015]优选地，所述B为CsPb(I
b
Br
c
Cl1‑
b
‑
c
)3、M2Pb(I
b
Br
c
Cl1‑
b
‑
c
)4中的一种或多种；其中，0≤b+c≤1，b≥0，c≥0，M为碳原子大于2的有机胺。
[0016]进一步优选地，所述有机胺为苯乙胺、苯甲胺、丁胺、丙胺中的一种。
[0017]优选地，所述钙钛矿前驱体溶液中还包括溶剂与添加剂。
[0018]优选地，所述溶剂为DMF、DMSO中的一种或多种；其中，DMF是指N，N
‑
二甲基甲酰胺；DMSO是指二甲基亚砜。
[0019]任选地，所述添加剂为MACl。其中，MACl是指氯化甲胺。
[0020]优选地，所述导电衬底为FTO；其中，FTO是指氟掺杂氧化锡导电玻璃。
[0021]任选地，所述空穴阻挡层为二氧化钛；
[0022]任选地，所述介孔电子传输层为二氧化钛、氧化锡、氧化锌中的一种；
[0023]任选地，所述介孔绝缘层为二氧化锆、氧化铝中的一种；
[0024]任选地，所述介孔电极层为碳电极。
[0025]优选地，所述碳电极为石墨片、炭黑、碳纳米管、石墨烯中的一种或多种。
[0026]进一步优选地，所述多孔膜骨架通过如下方法制备得到：
[0027]将所述导电衬底用激光刻蚀正负极分开，将所述导电衬底加热至450℃，并利用载气将二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的异丙醇溶液喷涂至所述导电衬底上，形成致密的二氧化钛，作为空穴阻挡层；然后，在所述空腔阻挡层上采用丝网印刷的方式依次印刷上所述介孔电子传输层、所述介孔绝缘层、所述介孔电极层，在400℃下烧结1h，得到所述多孔膜骨架。
[0028]优选地，在介孔电极层通过离子交换反应或相变过程形成界面；所述界面为甲脒基非钙钛矿相、铯基非钙钛矿相、低维钙钛矿，溴基钙钛矿、氯基钙钛矿、碘化铅、溴化铅中的一种或多种。
[0029]进一步优选地，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：
[0030]取多孔膜骨架，向其中填充钙钛矿前驱体溶液，然后，在50
‑
110℃烘干可挥发溶剂，再将其置于温度20
‑
25℃、相对湿度50
‑
70％RH下24h以上，使其在介孔电极层形成界面，得到钙钛矿太阳能电池。
[0031]或者，所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括如下步骤：
[0032]取多孔膜骨架，向其中填充钙钛矿前驱体溶液，然后，在50
‑
110℃下烘干可挥发溶剂，再使其发生离子交换反应，进而在介孔电极层形成界面，得到钙钛矿太阳能电池。
[0033]其中，发生离子交换反应为采用苯乙胺的异丙醇溶液进行后处理，所述苯乙胺的浓度为10
‑
50mg/ml；通过对所述多孔膜骨架浸泡或者滴涂苯乙胺的异丙醇溶液的方式发生离子交换反应。
[0034]本专利技术还提供一种所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法得到的钙钛矿太阳能电池。
[0035]本专利技术的上述方案至少包括以下有益效果：
[0036]本专利技术的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：取多孔膜骨架，向其中填充钙钛矿前驱体溶液，然后，烘干可挥发溶剂，并在介孔电极层形成界面，得到钙钛矿太阳能电池；所述多孔膜骨架包括依次设置的导电衬底、空穴阻挡层、介孔电子传输层、介孔绝缘层、介孔电极层；所述钙钛矿前驱体溶液中包括至少两本文档来自技高网...

【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，包括如下步骤：取多孔膜骨架，向其中填充钙钛矿前驱体溶液，然后，烘干可挥发溶剂，并在介孔电极层形成界面，得到钙钛矿太阳能电池；其中，所述多孔膜骨架包括依次设置的导电衬底、空穴阻挡层、介孔电子传输层、介孔绝缘层、介孔电极层；所述钙钛矿前驱体溶液中包括至少两种带隙不同的钙钛矿。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，所述钙钛矿前驱体溶液包括A1‑
x
B
x
；其中，0＜x＜1，A为窄带隙钙钛矿；B为宽带隙钙钛矿。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述A为MAPb1‑
a
Sn
a
I3、FAPb1‑
a
Sn
a
I3中的一种或多种；其中，0≤a≤1，MA为甲胺，FA为甲脒。4.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述B为CsPb(I
b
Br
c
Cl1‑
b
‑
c
)3、M2Pb(I
b
Br
c
Cl1...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛余松，陈夏岩，
申请(专利权)人：武汉万度光能研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：