一种空穴传输层掺杂硫氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种空穴传输层掺杂硫氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括以下步骤：将玻璃/ITO基底洗净并吹干；将稀释后的SnO2胶体水溶液旋涂在ITO玻璃上；将稀释后的Al2O3的异丙醇溶液旋涂于SnO2薄膜上；将3D钙钛矿前驱体溶液旋涂于Al2O3薄膜上；将BAI的异丙醇溶液旋涂于3D钙钛矿薄膜上；将空穴传输层Spiro

【技术实现步骤摘要】
一种空穴传输层掺杂硫氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于材料化学和生物学
，尤其涉及一种空穴传输层掺杂硫氧化锡的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前能源消耗的主体仍是天然气、煤炭、石油等难以再生的化石能源，但这些能源的储量难以维持社会发展的需求，因此依赖化石能源的社会发展是不稳定的，为了满足社会发展的需求以及减缓化石燃料带来的温室效应，人们迫切地需要开发新的绿色能源。在众多可再生能源中，太阳能因能量巨大、辐照范围广、清洁无污染的特点得到研究者们的青睐。其中，钙钛矿材料因其优异的光电性能、低成本的工艺制备、丰富的原材料储量吸引着研究者们，经历了数十年的发展，单结钙钛矿太阳能电池的效率从初始的3.8%提升至25.7%，向其理论极限和商业化又迈进一步。
[0003]在传统的n
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i
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p结构中，空穴传输层（HTL）至关重要，它不仅承担着抽取和传输空穴、阻断电子的作用，更担负着阻隔水氧渗透的重任，高效钙钛矿太阳能电池的首选空穴传输材料往往是Spiro
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OMeTAD及其添加剂Li
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TFSI和TBP，有机小分子材料Spiro
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OMeTAD的空穴迁移率和导电性较差，因此必须借助Li
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TFSI和TBP，但Li
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TFSI的易吸湿性以及TBP的去掺杂性使得电池的长期稳定性受到影响，制约了钙钛矿电池的商业化发展。

技术实现思路

>[0004]为了解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种空穴传输层掺杂硫氧化锡（Spiro
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OMeTAD:SnS1‑
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O
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作为空穴传输层）的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。在不牺牲现有性能的前提下，使用SnS1‑
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材料在现有Spiro
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OMeTAD成熟配方的基础上进一步优化电池，有效地改善了原有添加剂在空穴传输层中的分散状态，减少了Li
‑
TFSI在薄膜中的积累，使Spiro
‑
OMeTAD的氧化更充分、更均匀，降低了其费米能级和价带的位置，本专利技术中的方法具有较好的重复性、稳定性和光电转化效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：（1）在超声波作用下，用洗涤剂、去离子水、丙酮和异丙醇依次清洗刻蚀过的玻璃/ITO基板（方块电阻为15 Ω (sq)
‑1）30分钟，然后用氮气将玻璃/ITO基板吹干；（2）在空气中用去离子水稀释SnO2胶体水溶液；然后将稀释后的SnO2胶体水溶液旋涂在ITO玻璃上，旋涂后退火处理，之后进行紫外处理，得到ITO/SnO2衬底；（3）在获得的ITO/SnO2衬底上旋涂Al2O3的异丙醇溶液，退火后得到ITO/SnO2/Al2O3衬底；（4）在充满氮气的手套箱中，在获得的ITO/SnO2/Al2O3衬底上旋涂三维钙钛矿的前驱体溶液[Cs
0.05
(FA
0.85
MA
0.15
)
0.95
Pb(I
0.85
Br
0.15
)3:CNT:TiO2(简称为CsFAMA:CNT:TiO2)]，退火后得到ITO/SnO2/Al2O3/CsFAMA:CNT:TiO2衬底；
（5）在已获得的ITO/SnO2/Al2O3/CsFAMA:CNT:TiO2衬底上旋涂BAI的异丙醇溶液，退火后得到ITO/SnO2/Al2O3/CsFAMA:CNT:TiO2/(BA)2PbI4衬底；（6）在已获得的(BA)2PbI4上旋涂空穴传输层Spiro
‑
OMeTAD:SnS1‑
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分散液，得到ITO/SnO2/Al2O3/CsFAMA:CNT:TiO2/(BA)2PbI4/Spiro
‑
OMeTAD:SnS1‑
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O
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衬底；（7）在ITO/SnO2/Al2O3/CsFAMA:CNT:TiO2/(BA)2PbI4/Spiro
‑
OMeTAD:SnS1‑
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衬底上，利用真空蒸镀法蒸镀金电极，得到结构为ITO/SnO2/Al2O3/CsFAMA:CNT:TiO2/(BA)2PbI4/Spiro
‑
OMeTAD:SnS1‑
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/Au的钙钛矿太阳能电池。
[0006]步骤（2）中，SnO2胶体水溶液的稀释过程如下：用去离子水稀释市售的SnO2的胶体水溶液（固体含量为20 wt%），稀释后的SnO2胶体水溶液固体含量为10 ~15wt%，在搅拌至少60分钟之后使用；退火条件为先在120℃退火5分钟，再在150℃退火10分钟，紫外处理时长为30分钟。
[0007]步骤（3）中，Al2O3的异丙醇溶液制备的过程如下：按照6:1的体积比，用异丙醇稀释原始Al2O3异丙醇分散液，稀释后的Al2O3溶液在摇晃均匀后使用；退火条件为150℃下10～20分钟。
[0008]步骤（4）中，3D钙钛矿前驱体溶液具体为Cs
0.05
(FA
0.85
MA
0.15
)
0.95
Pb(I
0.85
Br
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)3：CNT:TiO2(简称为CsFAMA:CNT:TiO2)钙钛矿前驱体溶液，制备过程如下：将一定量的CNT:TiO2粉末溶解在DMF/DMSO(v:v=8.5/1.5)混合溶剂中，得到浓度为0.025 mg mL
‑1的混合极性溶液，随后将PbI2、PbBr2、FAI、MAI和CsI以0.05:0.81:0.14:0.78:0.22的摩尔比溶解在超声后的混合极性溶液中，得到浓度为1.4 mol L
‑1的Cs
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(MA
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FA
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)
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Pb(I
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)3:CNT:TiO2溶液，并在搅拌至少12小时后使用；使用两步程序（1000 rpm，5 s和4000 rpm，13 s）制备钙钛矿薄膜，在第二阶段开始8秒后将反溶剂乙醚快速滴加到旋转的基板上。退火条件为先在90℃退火5分钟，再在120℃退火10分钟。
[0009]步骤（5）中，BAI的异丙醇溶液的制备过程：BAI的异丙醇溶液的制备过程如下：将BAI粉末溶解于异丙醇中得到5 mg mL
‑1的BAI的异丙醇溶液，搅拌至少12小时后使用；退火条件为100℃退火10分钟。
[0010]步骤（6）中，Spiro
‑
OMeTAD:SnS1‑
x<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空穴传输层掺杂硫氧化锡的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）清洗并吹干刻蚀过的玻璃/ITO基板，使用前紫外臭氧处理；（2）用去离子水稀释SnO2胶体水溶液；然后将稀释后的SnO2胶体水溶液旋涂在ITO玻璃上，旋涂后退火处理，之后进行紫外处理，得到ITO/SnO2衬底；（3）在获得的ITO/SnO2衬底上旋涂Al2O3的异丙醇溶液，退火后得到ITO/SnO2/Al2O3衬底；（4）在充满氮气的手套箱中，在获得的ITO/SnO2/Al2O3衬底上旋涂三维（3D）钙钛矿的前驱体溶液，退火后得到ITO/SnO2/Al2O3/3D钙钛矿衬底；（5）在已获得的ITO/SnO2/Al2O3/3D钙钛矿衬底上旋涂BAI的异丙醇溶液，退火后获得二维（2D）钙钛矿薄膜，得到ITO/SnO2/Al2O3/3D钙钛矿/2D钙钛矿衬底；（6）在2D钙钛矿薄膜上旋涂空穴传输层Spiro
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分散液，得到ITO/SnO2/Al2O3/3D钙钛矿/2D钙钛矿/Spiro
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衬底；（7）利用真空蒸镀法在获得的ITO/SnO2/Al2O3/3D钙钛矿/2D钙钛矿/Spiro
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衬底上蒸镀金电极，得到结构为ITO/SnO2/Al2O3/3D钙钛矿/2D钙钛矿/Spiro
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OMeTAD:SnS1‑
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/Au的钙钛矿太阳能电池。2. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，稀释后的SnO2胶体水溶液的固体含量为10~15 wt%，稀释之后再搅拌至少60分钟后使用；退火条件为先在120℃退火5分钟，再在150℃退火10分钟。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，Al2O3的异丙醇溶液制备的过程如下：按照6:1的体积比，用异丙醇稀释原始Al2O3异丙醇分散液，稀释后的Al2O3溶液摇晃均匀后使用；退火条件为150℃退火10～20分钟。4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，3D钙钛矿前驱体溶液具体为Cs
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MA
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)
0.95
Pb(I
0.85
Br
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)3:CNT:TiO2(CsFAMA:CNT:TiO2)钙钛矿前驱体溶液，制备过程如下：将一定量的CNT:TiO2粉末溶解在体积比为8.5:1.5的DMF/DMSO混合溶剂中,得到浓度为0.025 mg mL
‑1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈冲，靳梦琦，李福民，申志涛，王梦欣，周欣，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：