石墨烯钝化的无机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石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池，包括基底层和无机钙钛矿吸光层，所述基底层和无机钙钛矿吸光层之间设置有单层石墨烯钝化层。本发明专利技术中光滑稳定无悬挂键的大面积单层石墨烯置于TiO2基底之上能够有效屏蔽基底缺陷与钙钛矿之间的相互作用，降低基底上钙钛矿的吸附能以及提供粗糙度更低的表面，从而能够得到粒径增大，结晶性变好，取向从(110)晶面转变为(100)晶面的高质量钙钛矿薄膜。石墨烯改性的基底与钙钛矿之间的能带弯曲也能够有效的增强界面处的载流子传输。曲也能够有效的增强界面处的载流子传输。曲也能够有效的增强界面处的载流子传输。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料
，具体而言，涉及石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，基于有机
‑
无机杂化钙钛矿的太阳能电池得到了飞速的发展，其效率已经从最初的3.8％增长至目前的25.7％。相较于已经商业化的硅基太阳能电池，钙钛矿太阳能电池在成本，工艺和光电转换效率方面展示出了巨大的优势。然而，基于MA
+
，FA
+
的有机太阳能电池虽然实现了极高的效率，但是由于有机分子对温度和湿度的敏感性，因此在长期稳定性方面始终存在严重的问题。以稳定的无机阳离子取代不稳定的有机阳离子是一个很好的提升钙钛矿整体稳定性的方法，其中基于Cs
+
的全无机钙钛矿太阳能电池得到了广泛的关注。
[0003]界面钝化是改善钙钛矿质量，减少界面缺陷和提高器件性能的有效方法。以目前钙钛矿太阳能电池中常用的TiO2基底为例，由于其表面众多的缺陷态，这会导致严重的界面缺陷，进而加重载流子的界面复合。在界面处添加适量的有机分子或者无机物则可以有效的减少TiO2缺陷态的影响，这已经在许多研究中被报道。但是，添加剂的用量过少则无法起到有效的钝化作用，过多则会引入复合中心，影响载流子的提取。同时，有机钝化剂存在和有机钙钛矿一样的热稳定性的问题，无机钝化剂则会面临易吸湿的问题。这些负面效应都会极大的影响钙钛矿的器件性能和稳定性。因此以一种均匀稳定的薄膜来物理隔离钙钛矿和基底的表面是一种值得研究的方法。
[0004]以MoS2，BP，和MXene等为代表的二维材料已被广泛的应用于钙钛矿和基底表面态的物理隔离。已有的研究发现，二维材料不仅能够作为模板调控钙钛矿的生长，同时也能够调节基底和钙钛矿的能带结构，有效提升载流子的传输。然而，目前所用的二维材料均是以纳米片的形式被应用于界面或者钙钛矿的体相中，其较小的尺寸严重制约着以其为模板的钙钛矿的尺寸。同时以纳米片形式使用的二维材料钝化剂同样存在用量控制和分布不均的问题，因此需要一种尺寸更大分布更均匀的薄膜来有效提升钙钛矿的质量和器件的长期稳定性。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0006]本专利技术是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池，包括基底层和无机钙钛矿吸光层，所述基底层和无机钙钛矿吸光层之间设置有单层石墨烯钝化层。
[0008]在可选的实施方式中，包括FTO层和依次设置在FTO层上的TiO2电子传输层、单层石墨烯钝化层、无机钙钛矿吸光层和碳电极。
[0009]在可选的实施方式中，所述无机钙钛矿吸光层为CsPbBr3钙钛矿吸光层；优选地，
所述CsPbBr3钙钛矿吸光层的厚度为150
‑
1000nm。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0011]单层石墨烯钝化层的制备：以化学气相沉积的方法制备单层石墨烯钝化层，再将单层石墨烯钝化层转移到TiO2/FTO基底表面；
[0012]无机钙钛矿吸光层的制备：在单层石墨烯钝化层上依次蒸镀溴化铅、第一次退火、蒸镀溴化铯第二次退火、蒸镀溴化铅和第三次退火，得到无机钙钛矿吸光层；
[0013]电池的制备：在无机钙钛矿吸光层上涂布导电碳浆后退火，得到太阳能电池。
[0014]在可选的实施方式中，所述单层石墨烯钝化层的制备包括如下步骤：
[0015]单层石墨烯钝化层的生成：将衬底置于低压和氢气气氛中第四次退火，然后通入有机碳源，生成单层石墨烯钝化层；
[0016]单层石墨烯钝化层的转移：在单层石墨烯钝化层上涂布聚甲基丙烯酸甲酯，加热固化后置于腐蚀液中去掉衬底，接着将其转移至TiO2/FTO基底上。
[0017]在可选的实施方式中，所述无机钙钛矿吸光层的制备步骤满足以下
①‑⑥
中的任意一项：
[0018]①
所述蒸镀气压为1
×
10
‑4‑1×
10
‑2Pa；
[0019]②
溴化铅的蒸镀速率为厚度为50
‑
200nm；
[0020]③
溴化铯的蒸镀速率为厚度为50
‑
500nm；
[0021]④
第一次退火温度为50
‑
300℃；
[0022]⑤
第二次退火温度为100
‑
500℃；
[0023]⑥
第三次退火温度为100
‑
500℃。
[0024]在可选的实施方式中，所述电池的制备步骤中，导电碳浆涂布的厚度为1
‑
500μm，退火温度为50
‑
300℃，退火后放置1
‑
24h。
[0025]本专利技术具有以下有益效果：
[0026]基底层和无机钙钛矿吸光层之间设置有单层石墨烯钝化层，光滑稳定无悬挂键的大面积单层石墨烯能够有效屏蔽基底缺陷与钙钛矿的相互作用，降低基底上钙钛矿的吸附能以及提供更光滑的表面，从而能够得到粒径增大，结晶性变好，取向从(110)晶面转变为(100)晶面的高质量钙钛矿薄膜。石墨烯改性的基底与钙钛矿之间的能带弯曲也能够有效的增强界面处的载流子传输，简单使用一层石墨烯薄膜即可有效提升钙钛矿薄膜的质量和器件稳定性，且制备方法操作简便，成本低廉。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0028]图1为本专利技术实施例1和对比例1中钙钛矿的XRD图；
[0029]图2为本专利技术实施例1和对比例1中钙钛矿的SEM图；
[0030]图3为本专利技术实施例1和对比例1中基底与钙钛矿的能带图；
[0031]图4为本专利技术实施例1和对比例1中钙钛矿的PL和TRPL图；
[0032]图5为本专利技术实施例1中太阳能电池的结构图；
[0033]图6为本专利技术实施例1和对比例1的J
‑
V曲线图；
[0034]图7为本专利技术实施例1和对比例1的长期稳定性图。
具体实施方式
[0035]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本专利技术中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：XRD图：X射线衍射谱图；SE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括基底层和无机钙钛矿吸光层，所述基底层和无机钙钛矿吸光层之间设置有单层石墨烯钝化层。2.根据权利要求1所述的石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括FTO层和依次设置在FTO层上的TiO2电子传输层、单层石墨烯钝化层、无机钙钛矿吸光层和碳电极。3.根据权利要求1所述的石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述无机钙钛矿吸光层为CsPbBr3钙钛矿吸光层；优选地，所述CsPbBr3钙钛矿吸光层的厚度为150
‑
1000nm，更优选地，所述CsPbBr3钙钛矿吸光层的厚度为300
‑
600nm。4.一种石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：单层石墨烯钝化层的制备：以化学气相沉积的方法制备单层石墨烯钝化层，再将单层石墨烯钝化层转移到TiO2/FTO基底表面；无机钙钛矿吸光层的制备：在单层石墨烯钝化层上依次蒸镀溴化铅、第一次退火、蒸镀溴化铯第二次退火、蒸镀溴化铅和第三次退火，得到无机钙钛矿吸光层；电池的制备：在无机钙钛矿吸光层上涂布导电碳浆后退火，得到太阳能电池。5.根据权利要求4所述的石墨烯钝化的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述无机钙钛矿吸光层的制备步骤满足以下
①‑⑥
中的任意一项：
①
所述蒸镀气压为1
×
10
‑4‑1×
10
‑2Pa；优选地，为1
×
10
‑3Pa
‑
10
×
10

【专利技术属性】
技术研发人员：陈石，洪果，文钊锐，梁超，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：