本发明专利技术公开一种基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极层；其中，钙钛矿吸光层的界面调控层为水蒸气；通过使用了水蒸气处理PbI2的表面，有效调控碘化铅有序生长，使得有机铵盐与碘化铅下反应完全，减少了钙钛矿太阳能电池的非辐射复合，提高了钙钛矿薄膜的质量；本发明专利技术还提供了制备方法，通过制备经水蒸气处理的钙钛矿吸光层，进而制备钙钛矿太阳能电池；与现有技术相比，该碘化铅有序生长，后注入的有机铵盐能顺利进入到碘化铅下界面并与之反应完全，生长出的薄膜质量更好，因此该电池的电流密度、开路电压和填充因子都有明显提升，稳定性也有所改善。所改善。所改善。
【技术实现步骤摘要】
基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池及制备方法
[0001]本专利技术涉及钙钛矿太阳能电池
，具体涉及基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池及制备方法。
技术介绍
[0002]钙钛矿太阳能电池因其载流子迁移率高、扩散长度长、带隙可调、激子结合能低等优点而受到广泛关注。自2009年至今，其光电转换效率从3.8％串升到25.7％，可以与传统的硅基太阳能电池相媲美，在商业化应用方面显示出巨大的潜力。但是，稳定性仍然是阻碍其商业化的关键性因素。
[0003]钙钛矿薄膜制备工艺有多种，如溶液沉积法、真空蒸发法、气相辅助沉积法等。其中，溶液沉积法是一种简便且低成本的工艺。溶液沉积法又分为一步法和两步法，两步法比一步法更实用，能控制薄膜的结晶过程，能形成垂直生长的晶体，生长出高质量的钙钛矿薄膜。但是，两步法也同样存在不足之处，其中，两步法中的第一步先形成的碘化铅薄膜表面非常的致密，这使得第二步注入的有机铵盐离子很难进入到碘化铅的下表面，因此，有机铵盐难与碘化铅反应完全，容易在薄膜表面形成孔洞，而存在过量的碘化铅已被证明会降低器件的性能。另外，由于有机铵盐与碘化铅的不完全反应，钙钛矿生长的晶粒容易变得无序，会形成不必要的非辐射复合中心，进行严重降低器件的性能。
[0004]综上所述，现有技术中，为了有效解决钙钛矿太阳能电池的效率、碘化铅与有机铵盐反应不完全、碘化铅晶粒无序生长等问题，我们使用了水蒸气处理PbI2的表面，水蒸气把碘化铅中的有机溶剂萃取出来，使得碘化铅表面成介孔状，碘化铅晶粒有序生长，使得后注入的有机铵盐能顺利进入到碘化铅下界面并与之反应完全，生长出的薄膜质量更好，进而制备出高质量、高效的钙钛矿太阳能电池。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于，提供基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池及制备方法，解决钙钛矿太阳能电池中碘化铅与有机铵盐反应不完全、碘化铅生长无序的问题，减少了钙钛矿太阳能电池的非辐射复合，提高了钙钛矿薄膜的质量。
[0006]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极层；
[0008]所述透明导电基底为ITO；
[0009]所述电子传输层为SnO2；
[0010]所述钙钛矿吸光层为Cs
0.065
(FA
0.7
MA
0.3
)
0.935
Pb(I
0.89
Br
0.11
)3；
[0011]所述空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD；
[0012]所述金属电极层为Ag；
[0013]其中，钙钛矿吸光层的界面调控层为水蒸气。
[0014]本专利技术的另一目的在于，提供基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过制备经水蒸气处理的钙钛矿吸光层，进而制备钙钛矿太阳能电池。
[0015]进一步的，所述经水蒸气处理的钙钛矿吸光层的制备包括：
[0016]在氮气环境下，在电子传输层上旋涂碘化铅胶体溶液形成碘化铅薄膜；
[0017]在空气环境下，对制备好的碘化铅薄膜表面进行水蒸气处理；
[0018]在氮气环境下，将处理后的碘化铅薄膜表面旋涂有机铵盐溶液，生成钙钛矿薄膜得到钙钛矿吸光层。
[0019]基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0020]S1：透明导电基底表面进行清洗，洗净后用氮气吹干并进行紫外
‑
臭氧处理；
[0021]S2：在S1处理过的透明导电基底上旋涂电子传输层，并进行紫外
‑
臭氧处理；
[0022]S3：在氮气环境下，在电子传输层上旋涂碘化铅胶体溶液形成碘化铅薄膜；
[0023]S4：在空气环境下，对S3制备好的碘化铅薄膜表面进行水蒸气处理；
[0024]S5：在氮气环境下，将S4处理后的碘化铅薄膜表面旋涂有机铵盐溶液，生成钙钛矿薄膜得到钙钛矿吸光层；
[0025]S6：在氮气环境下，在S5制备的钙钛矿吸光层上旋涂Spiro
‑
OMeTAD溶液，制备空穴传输层；
[0026]S7：利用真空热蒸发法在S6制备的空穴传输层上沉积银电极；
[0027]S8：将制备的电池放入烘箱中氧化4小时。
[0028]进一步的，所述S1具体包括：
[0029]将透明导电基底用洗洁精浸泡过的无尘布擦洗，然后用去离子水冲洗，冲洗完成后依次分别用玻璃清洁剂溶液、去离子水、洗洁精溶液、去离子水、乙醇超声清洗15min，即可得到干净透明导电基底；
[0030]所述的玻璃清洁剂溶液是通过一定体积玻璃清洁剂与去离子水混合均匀后得到的，洗洁精溶液是通过一定体积洗洁精与去离子水混合均匀后得到的。
[0031]进一步的，所述S2具体包括：
[0032]洗净的透明导电基底经过所述S1方法中紫外
‑
臭氧后，在空气环境下及室温下，用移液枪取80μL提前制备好的电子传输层溶液在基底上旋涂20s，旋涂转速为4000转/分，旋涂完成后在180℃的热台上退火20min，再进行紫外
‑
臭氧处理，制备得到电子传输层；
[0033]所述的电子传输层溶液是通过将SnO2纳米晶溶液与去离子水以1:3比例混合，经超声15min混合均匀后，经注射器和过滤嘴组合进行过滤得到。
[0034]进一步的，所述S3具体包括：
[0035]在氮气环境下，用移液枪取40μL提前制备好的碘化铅前驱体溶液在电子传输层上旋涂30s，旋涂转速为1500转/分，无需退火；
[0036]所述的碘化铅前驱体溶液通过在碘化铅中加入9:1混合的N,N
‑
二甲基甲酰胺(DMF)和二甲基亚砜(DMSO)的溶剂溶解，在70℃的条件下进行持续加热和搅拌，经注射器和过滤嘴组合进行过滤后得到。
[0037]进一步的，所述S4具体包括：
[0038]在空气环境下，使用水蒸气处理已经旋涂好碘化铅溶液基底的表面；
[0039]所述的水蒸气通过水浴锅加入一定量的去离子水加热至90℃形成。
[0040]进一步的，所述S5具体包括：
[0041]在氮气环境下，用移液枪取80μL提前制备好的有机铵盐溶液在水蒸气处理后的碘化铅薄膜表面旋涂30s，即制备钙钛矿吸光层，旋涂转速为1700转/分；
[0042]所述铵盐前驱体溶液通过将质量比为10:1:1的碘甲脒(FAI)、氯甲胺(MACl)、溴甲胺(MABr)加入至异丙醇溶液并溶解后，经注射器和过滤嘴组合进行过滤后得到。
[0043]进一步的，所述S6具体包括：
[0044]在氮气环境下，用移液枪取40μL提前制备好的Spiro...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括：透明导电基底、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极层；其特征在于：所述透明导电基底为ITO；所述电子传输层为SnO2；所述钙钛矿吸光层为Cs
0.065
(FA
0.7
MA
0.3
)
0.935
Pb(I
0.89
Br
0.11
)3；所述空穴传输层为Spiro
‑
OMeTAD；所述金属电极层为Ag；其中，钙钛矿吸光层的界面调控层为水蒸气。2.制备权利要求1所述基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：通过制备经水蒸气处理的钙钛矿吸光层，进而制备钙钛矿太阳能电池。3.如权利要求2所诉的基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于：在氮气环境下，在电子传输层上旋涂碘化铅胶体溶液形成碘化铅薄膜；在空气环境下，对制备好的碘化铅薄膜表面进行水蒸气处理；在氮气环境下，将处理后的碘化铅薄膜表面旋涂有机铵盐溶液，生成钙钛矿薄膜得到钙钛矿吸光层。4.一种基于水蒸气调控PbI2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：S1：透明导电基底表面进行清洗，洗净后用氮气吹干并进行紫外
‑
臭氧处理；S2：在S1处理过的透明导电基底上旋涂电子传输层，并进行紫外
‑
臭氧处理；S3：在氮气环境下，在电子传输层上旋涂碘化铅胶体溶液形成碘化铅薄膜；S4：在空气环境下，对S3制备好的碘化铅薄膜表面进行水蒸气处理；S5：在氮气环境下，将S4处理后的碘化铅薄膜表面旋涂有机铵盐溶液，生成钙钛矿薄膜得到钙钛矿吸光层；S6：在氮气环境下，在S5制备的钙钛矿吸光层上旋涂Spiro
‑
OMeTAD溶液，制备空穴传输层；S7：利用真空热蒸发法在S6制备的空穴传输层上沉积银电极；S8：将制备的电池放入烘箱中氧化4小时。5.如权利要求4所述的基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述S1具体包括：将透明导电基底用洗洁精浸泡过的无尘布擦洗，然后用去离子水冲洗，冲洗完成后依次分别用玻璃清洁剂溶液、去离子水、洗洁精溶液、去离子水、乙醇超声清洗15min，即可得到干净透明导电基底。6.如权利要求4所述的基于水蒸气调控PbI2的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述S2具体包括：洗净的透明导电基底经过所述S1方法中...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏利萍，章文峰，唐斌，
申请(专利权)人：西南石油大学，
类型：发明
国别省市：
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