一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及太阳能电池领域，一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池，光吸收层为钙钛矿活性层，钙钛矿活性层中掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片，所述钙钛矿活性层为ABX3薄膜，A为CH3NH

【技术实现步骤摘要】
一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术涉及太阳能电池领域，具体是一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]自工业革命以来，人们对于化石能源的需求量越来越大，化石能源短缺成为制约国际社会发展的瓶颈，而且化石能源导致的环境污染愈发严重。为了解决这些问题，太阳能电池作为一种新能源技术应时而生。从上世纪50年代发展至今，太阳能电池经历了三代的发展：（1）晶体硅太阳能电池。其制作工艺成熟，效率高，但造价高，耗能高，限制了其更进一 步的发展；（2）薄膜太阳能电池。它可以做得很薄，节约了原材料，降低了成本，并能够实现可连续、大面积和自动化生产，其缺点是效率低，稳定性差，所用材料含有碲、镓、硒、铟等稀缺元素且会对环境造成污染。（3）新型太阳能电池，主要有染料敏化太阳能电池（DSSC），有机太阳能电池（OPV）及钙钛矿太阳能电池（PSC）等。其中钙钛矿太阳能电池因其制备工艺简单，成本低，光电转换效率高（目前效率达25%以上）而受到全世界的广泛关注。
[0003]钙钛矿太阳能电池光吸收层是一种有机
‑
无机杂化钙钛矿型材料，化学式为ABX
3 A为CH3NH
3+
（MA
+
）或CH3NH3（MA
+
）与HC(NH2)2（FA
+
）的混合，B为Pb
2+
，X为I
‑
或I
‑
、Cl
‑
与Br
‑
的混合，晶胞结构MX6构成八面体并相互接触，组成了三维结构，A位阳离子嵌入其中。钙钛矿太阳能电池的研发对大规模利用太阳能提供廉价电能具有十分重要的意义。有机
‑
无机杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于具有光伏性能高、成本低、易于溶液加工等特点被认为是下一代新兴的光伏技术。
[0004]目前，开发了旋涂、刮涂和蒸发的方法来制备钙钛矿薄膜。其中，旋涂法应用最多，可分为一步法和两步法。一步法已被证实可以制备光滑致密的钙钛矿层，但因为使用反溶剂，过程不易控制。 相比之下，两步法不需要使用反溶剂，钙钛矿薄膜的结晶更可控。两步法是将FA
+
、MA
+
或混合有机阳离子溶液旋涂到预先制备的PbI2薄膜上。其机理是FA
+
、MA
+
或混合有机阳离子溶液 扩散到PbI2层中并与PbI2反应形成钙钛矿。钙钛矿的形态取决于两步法中初始PbI2的形态然而，在这个过程中，致密的PbI2层阻止了部分MA
+
溶液向PbI2内部扩散，导致钙钛矿薄膜中有大量的PbI2残留，影响钙钛矿薄膜的质量。同时，在钙钛矿结晶过程中，碘化铅（PbI2）颗粒经常残留在晶界和表面，形成钙钛矿晶体的缺陷。这些缺陷在很大程度上会引起电荷载流子中的非辐射复合并降低整体器件性能。 因此，需要提升钙钛矿结晶以降低 PbI
2 缺陷密度。
[0005]添加剂工程是通过在钙钛矿前驱体中选择合适的添加剂、控制适当的浓度和减少异相的产生来制备高质量钙钛矿薄膜的有效策略。通过引入添加剂消除残留的PbI2，获得高质量的钙钛矿薄膜。例如，有研究者将二甲基甲酰胺（DMF）作为添加剂引入碘化甲脒（FAI）/甲基碘化铵（MAI）/异丙醇（IPA）溶液中，形成更多的无定形相，有利于促进FAI/MAI进入PbI2骨架以获得更完整的钙钛矿晶相，获得 20.1% 的 PCE。也有研究者引入聚合物，小分子等添加剂来改善钙钛矿薄膜质量，但同时这些添加剂也存在对环境有害，维度不均
一等问题，于是，具有良好光电特性的二维过渡金属硫族化合物（TMDs）引起了人们的注意。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是：如何降低PbI
2 缺陷密度且不对环境产生有害的影响。
[0007]本专利技术所采用的技术方案是：一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池，光吸收层为钙钛矿活性层，钙钛矿活性层中掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片，所述钙钛矿活性层（未掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片）为ABX3薄膜，A为CH3NH
3+
（MA
+
）或CH3NH3（MA
+
）与HC(NH2)2（FA
+
）的混合，B为Pb
2+
，X为I
‑
或I
‑
、Cl
‑
与Br
‑
的混合。
[0008]所述基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池从下至上顺序为，在玻璃基底上沉积有一层均匀的铟锡氧化物ITO层的阳极、作为电子传输层的二氧化锡层、作为光吸收层的钙钛矿活性层、作为空穴传输层的2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
‑
甲氧基苯基)氨基]‑
9,9'
‑
螺二芴Spiro
‑
OMeTAD层、作为阴极的真空气相沉积的一层银膜。
[0009]光吸收层按如下的步骤制备：步骤一、将掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片的N，N
‑
二甲基甲酰胺DMF与二甲基亚砜DMSO按体积比9：1的比例混合配置成第一混合溶剂，然后将碘化铅PbI2溶解在第一混合溶剂中，形成碘化铅浓度为0.6915 g/mL的第二混合溶剂，将第二混合溶剂按1500 rpm的旋涂速率旋涂30 s，制成第一层膜，其中，N，N
‑
二甲基甲酰胺DMF中二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片的含量为0.1 mg/mL；步骤二、将0.18 g的FAI、0.01278 g的MAI和0.018的MACl溶解在2 mL的异丙醇溶液中形成第三混合溶剂，在第一层膜上将第三混合溶剂按2000 rpm的旋涂速率旋涂30 s，制成第二层膜；然后在100 ℃下退火30min，制成钙钛矿光吸收层。掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片的N，N
‑
二甲基甲酰胺DMF通过双电极电化学电池进行插层反应制备，具体制备方法中，以二维半导体二硒化钼MoSe2作为阴极，石墨棒作为阳极，以四庚基溴化铵和乙腈的混合溶液为电解质，施加的电压设置为 20V，插层过程进行2小时；随后，用乙醇进行重复的洗涤，将洗涤后的材料分散在DMF中，接着在功率为100W的等离子体清洗机中进行超声剥离处理60
‑
120min，最后，对超声后的溶液进行离心处理，1000 rpm取上清液，8000 rpm取沉淀，重复3次，最终获得掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片的N，N
‑
二甲基甲酰胺DMF。
[0010]四庚基溴化铵和乙腈的混合溶液是指将0.2g的四庚基溴化铵溶解在40ml的乙腈中。
[0011]电子传输层为将二氧化锡SnO2:水按1:4体积比混合，振荡均匀，采用溶液旋涂法旋涂而成，旋涂速率为4000本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：光吸收层为钙钛矿活性层，钙钛矿活性层中掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片，所述钙钛矿活性层为ABX3薄膜，A为CH3NH
3+
（MA
+
）或CH3NH3（MA
+
）与HC(NH2)2（FA
+
）的混合，B为Pb
2+
，X为I
‑
或I
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、Cl
‑
与Br
‑
的混合。2.根据权利要求1所述的一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池从下至上顺序为，在玻璃基底上沉积有一层均匀的铟锡氧化物ITO层的阳极、作为电子传输层的二氧化锡层、作为光吸收层的钙钛矿活性层、作为空穴传输层的2,2',7,7'
‑
四[N,N
‑
二(4
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甲氧基苯基)氨基]
‑
9,9'
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螺二芴Spiro
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OMeTAD层、作为阴极的真空气相沉积的一层银膜。3.根据权利要求1或者2所述的一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，光吸收层按如下的步骤制备：步骤一、将掺有二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片的N，N
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二甲基甲酰胺DMF与二甲基亚砜DMSO按体积比9：1的比例混合配置成第一混合溶剂，然后将碘化铅PbI2溶解在第一混合溶剂中，形成碘化铅浓度为0.6915 g/mL的第二混合溶剂，将第二混合溶剂按1500 rpm的旋涂速率旋涂30 s，制成第一层膜，其中，N，N
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二甲基甲酰胺DMF中二维半导体二硒化钼MoSe2纳米片的含量为0.1 mg/mL；步骤二、将0.18 g的FAI、0.01278 g的MAI和0.018的MACl溶解在2 mL的异丙醇溶液中形成第三混合溶剂，在第一层膜上将第三混合溶剂按2000 rpm的旋涂速率旋涂30 s，制成第二层膜；然后在100 ℃下退火30m...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝阳，杨慧敏，任静琨，郝玉英，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：