一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3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基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池，由导电基底层、电子传输层、钛酸铅层、CsPbBr3钙钛矿层、碳层组成，其中：所述钛酸铅层的厚度为10

【技术实现步骤摘要】
一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]作为一种新能源技术，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去十年中一直在持续增长，但是其稳定性仍然是阻碍被商业化应用的因素之一。通过铯离子(Cs
+
)取代有机离子制备成的全无机钙钛矿太阳能电池(PSCs)电池具有良好的稳定性而备受关注。以全无机溴化铯铅钙钛矿太阳能电池为例，与有机
‑
无机卤化物钙钛矿太阳能电池相比，Cs
+
和Br
+
之间的结合能相对于MA
+
、FA
+
和卤族元素之间的结合能要高，因此结构稳定。而且通过Cs
+
取代钙钛矿材料中的有机成分制备的全无机PSCs具有载流子迁移率较高，热稳定性更好，在潮湿和高温环境中能够保持原有的晶体结构。并且全无机CsPbBr
3 PSCs采用碳浆料代替Spiro
‑
OMeTAD空穴传输材料和金属电极，降低了制造成本，并且具有发光性能相对优异等优点让其成为这一领域的一种具有优秀发展前景的光电材料。
[0003]但全无机CsPbBr3电池其仍然存在载流子容易发生复合，电子
‑
空穴的分离效率低，导致光电转换效率相对较低等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池及其制备方法，电池结构能级匹配性好，电池各层的稳定性好，光电转换效率高，具有广泛的应用前景。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]提供一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池，由导电基底层、电子传输层、钛酸铅层、CsPbBr3钙钛矿层、碳层组成，其中：
[0007]所述电子传输层材质为二氧化钛；
[0008]所述钛酸铅层通过在二氧化钛层上旋涂醋酸铅溶液后再热处理原位反应制备得到，厚度为10
‑
30nm。
[0009]按上述方案，所述导电基底层为FTO玻璃。优选地，FTO玻璃方阻为8
‑
15Ω，透光率大于80％。
[0010]按上述方案，所述醋酸铅溶液浓度为0.01
‑
0.1mol/L；优选为0.01
‑
0.05mol/L；更优选为0.01
‑
0.03mol/L。
[0011]按上述方案，钛酸铅层制备时的热处理条件为：温度450
‑
440℃，保温30
‑
60min。
[0012]按上述方案，所述导电基底层厚度为400
‑
500nm；所述电子传输层厚度为10
‑
50nm；所述CsPbBr3钙钛矿层厚度为300
‑
500nm；所述碳层厚度为500
‑
600nm。
[0013]提供上述基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池的制备方法，具体步骤
如下：
[0014]1)在导电基底层上旋涂二氧化钛前驱液，高温加热，得到二氧化钛层，作为电子传输层；
[0015]2)在步骤1)所得二氧化钛层上旋涂醋酸铅溶液，热处理反应生长得到钛酸铅层薄膜；
[0016]3)在步骤2)所得钛酸铅薄膜表面制备得到CsPbBr3钙钛矿层；
[0017]4)在步骤3)所得CsPbBr3钙钛矿层表面形成碳层，得到基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池。
[0018]按上述方案，所述步骤1)中，二氧化钛前驱液浓度为0.15
‑
0.2mol/L。
[0019]按上述方案，所述步骤1)中，二氧化钛前驱液为双(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯的正丁醇溶液。
[0020]按上述方案，所述步骤1)中，高温加热条件为：450
‑
500℃保温30
‑
60min。
[0021]按上述方案，所述步骤2)中，醋酸铅溶液的溶剂是乙二醇甲醚，浓度为0.01
‑
0.1mol/L，优选为0.01
‑
0.05mol/L，更优选为0.01
‑
0.03mol/L；热处理反应条件为：450
‑
440℃，保温30
‑
60min。
[0022]按上述方案，所述步骤2)中，旋涂醋酸铅溶液时，转速为2500
‑
3500rpms，时间为25
‑
35s。
[0023]按上述方案，所述步骤3)中，制备CsPbBr3钙钛矿层的步骤为：
[0024]a在钛酸铅薄膜上旋涂溴化铅溶液加热，得到溴化铅薄膜；
[0025]b在所得溴化铅薄膜上旋涂溴化铯溶液加热；
[0026]c依次重复步骤a和步骤b得到CsPbBr3钙钛矿层。
[0027]优选地，溴化铅和溴化铯溶液的浓度分别是1
‑
1.2mol/L和0.06
‑
0.08mol/L。
[0028]优选地，溴化铅溶液的溶剂为二甲基甲酰胺，溴化铯溶液的溶剂为甲醇。
[0029]优选地，旋涂溴化铅溶液的加热温度为40
‑
110℃，时间是30
‑
60min。
[0030]优选地，溴化铯溶液需要旋涂加热冷却重复8次，加热温度为至少为250℃，彻底旋涂完以后加热30
‑
60min。
[0031]按上述方案，所述的步骤4)形成碳层方式为：在钙钛矿层上刮涂碳浆料加热干燥，获得碳层。优选地，碳浆料加热干燥温度为40
‑
110℃，加热10
‑
15min。
[0032]本专利技术的有益效果如下：
[0033]1.本专利技术提供一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池，在电子传输层表面原位生长钛酸铅铁电薄膜层，得到较薄的钛酸铅薄膜的同时增加了电子传输层和钛酸铅薄膜之间的结合，有利于载流子在层间的传输，便于充分发挥钛酸铅薄膜的铁电性，增强电池的内置电场，提高载流子的分离效率、抑制载流子的非辐射复合，从而提高电池的光伏性能；也避免了直接涂敷钛酸铅前驱液烧结可能造成的薄膜过厚和致密性过高会导致电池内阻过高的问题；同时电池结构能级匹配性好，电池各层的稳定性良好。
[0034]2.本专利技术制备方法简单，通过醋酸铅和电子传输层二氧化钛层反应，在电子传输层表面原位生长得到钛酸铅薄膜，有利于得到较薄的钛酸铅薄膜并提升二氧化钛层和钛酸铅薄膜之间的结合性能，所得太阳能电池性能良好，具有广泛的工业应用前景。
附图说明
[0035]图1是本申请实施例1制备的CsPbBr3太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池，其特征在于，由导电基底层、电子传输层、钛酸铅层、CsPbBr3钙钛矿层、碳层组成，其中：所述电子传输层材质为二氧化钛；所述钛酸铅层通过在二氧化钛层上旋涂醋酸铅溶液后再热处理原位反应制备得到，厚度为10
‑
30nm。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述醋酸铅溶液浓度为0.01
‑
0.1mol/L。3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，钛酸铅层制备时的热处理条件为：温度450
‑
490℃，保温30
‑
60min。4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述导电基底层厚度为400
‑
500nm；所述电子传输层厚度为10
‑
50nm；所述CsPbBr3钙钛矿层厚度为300
‑
500nm；所述碳层厚度为500
‑
600nm。5.一种权利要求1
‑
4任一项所述的基于原位生成钛酸铅薄膜的CsPbBr3太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)在导电基底层上旋涂二氧化钛前驱液，高温加热，得到二氧化钛层，作为电子传输层；2)在步骤1)所得二氧化钛层上旋涂醋酸铅溶液，热处理反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：李品将，王伟，张艳鸽，李伟，岳红伟，马怡文，刘忠晨，
申请(专利权)人：许昌学院，
类型：发明
国别省市：