一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法，包括如下工艺步骤：（一）、采用真空溅射法沉积透明导电层并清洗；（二）、采用旋涂法制备空穴传输层，热退火；（三）、将光子晶体分散体旋转包覆在空穴传输层上形成不同的覆盖率，得到光子晶体多孔绝缘体接触层，热退火；（四）、采用旋涂法制备钙钛矿吸光层，热退火；（五）、采用蒸发法沉积制备电子传输层；（六）、通过溅射或蒸发在电子传输层的背面接触，制备金属背电极层；优点是：具有光子晶体多孔绝缘体接触结构的钙钛矿太阳能电池，增加了钙钛矿太阳能电池载流子迁移率、延长了载流子重组寿命，另外，光子晶体和钙钛矿薄膜之间不同的折射率引起的光捕获导致短路电流增加，提高了效率。提高了效率。提高了效率。

【技术实现步骤摘要】
一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法


[0001]本专利技术涉及一种提升太阳能电池性能的方法，尤其涉及一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法。

技术介绍

[0002]能源是推动社会发展的动力，全世界能源需求日益剧增，大力发展清洁可再生能源已成为当务之急。钙钛矿太阳能电池(PSC)因为具有制备工艺简单、制备成本低廉、较高的光吸收系数，双极性输运特性、长载流子扩散长度以及带隙可调等优良的光电特性，近年来取得了很高的关注度，相应的光电转换效率也从2009年的3.8%飞速跃升至现在的25.7%以上，但是钙钛矿矿太阳能电池的稳定性和寿命还存在许多问题。
[0003]同时，光子晶体是由光学材料构成的具有周期性结构的晶体，其折射率呈现出周期性变化，可控制光的波长，使特定波长的光被滤出。光子晶体的这种结构可以用于制造光纤、激光器、光电计算机等光电子器件，还可广泛应用于太阳能电池、防伪技术、光通信以及生物医学等领域。
[0004]将光子晶体材料与钙钛矿太阳能电池结合，用于提高钙钛矿太阳能电池性能有着十分广阔的前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法，包括如下工艺步骤：（一）、采用真空溅射法沉积透明导电层并清洗；（二）、采用旋涂法制备空穴传输层，热退火；（三）、将光子晶体分散体旋转包覆在空穴传输层上形成不同的覆盖率，得到光子晶体多孔绝缘体接触层，热退火；（四）、采用旋涂法制备钙钛矿吸光层，热退火；（五）、采用蒸发法沉积制备电子传输层；（六）、通过溅射或蒸发在电子传输层的背面接触，制备金属背电极层；（七）、得到包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池，其结构包括:透明导电层、空穴传输层、光子晶体多孔绝缘体接触层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属背电极层。
[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述金属背电极层是将银通过溅射或蒸发在电子传输层的背面接触得到金属背电极Ag，作为金属背电极，厚度为100
‑
200nm。
[0008]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述透明导电层使用材料为ITO透明导电玻璃，可用于纵向收集载流子并向电极传输，同时也可以减少光学反射，
厚度为100
‑
200nm。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述光子晶体多孔绝缘体接触层的接触材料为Al2O3光子晶体，单个Al2O3光子晶体分散体高为0
‑
100nm，宽为0
‑
100nm，覆盖率为0
‑
80%。
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述钙钛矿吸光层的组成为ABX3；其中A为CH3NH
3+
即MA
+
、HC(NH2)
2+
即FA
+
、Cs
+
中的一种或多种，B为Pb
2+
、Sn
2+
、Cu
2+
中的一种或多种，X为I
‑
、Br
‑
、Cl
‑
中的一种或多种，材料为厚度为300
‑
1000nm。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述空穴传输层材料可选为PTAA或SAM。
[0012]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述电子传输层材料可选为C
60
或BCP。
[0013]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的优选技术方案是：所述光子晶体多孔绝缘体接触层的接触材料为Al2O3光子晶体，单个Al2O3光子晶体分散体高为10
‑
100nm，宽为10
‑
100nm，覆盖率为20
‑
40%。
[0014]本专利技术的优点是：具有光子晶体多孔绝缘体接触结构的钙钛矿太阳能电池，增加了钙钛矿太阳能电池载流子迁移率、延长了载流子重组寿命，另外，光子晶体和钙钛矿薄膜之间不同的折射率引起的光捕获导致短路电流增加，提高了效率。
附图说明
[0015]图1是本专利技术一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法得到的含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2是使用三维漂移
‑
扩散模拟对包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池进行计算得出的J
‑
V曲线和覆盖率变化关系；图3是使用三维漂移
‑
扩散模拟对包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池进行计算得出的J
sc
、V
oc
和覆盖率变化关系；图4是使用三维漂移
‑
扩散模拟对包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池进行计算得出的FF、PCE和覆盖率变化关系；图5是使用三维漂移
‑
扩散模拟对包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池进行计算得出的J
sc
、V
oc
、FF、PCE增强百分比和覆盖率变化关系；图6是在覆盖率为20%，（无光子晶体结构、有光子晶体结构但不包括光诱导（L
‑
T）、有光子晶体结构包括光诱导）三种不同相应条件下的J
‑
V曲线变化；图中：1、透明导电层，2、空穴传输层，3、光子晶体多孔绝缘体接触层，4、钙钛矿吸光层，5、电子传输层，6、金属背电极层。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和具体实施例描述一下本专利技术的具体内容。
[0017]实施例1制备覆盖率为20%包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池，包括如下工艺步骤：（一）、ITO透明导电玻璃制备：采用真空溅射法沉积100nm的ITO透明导电玻璃，其
中，ITO透明导电玻璃的溅射条件为：溅射功率100W，溅射时间50min，氩气流量为60sccm，工作气压2Pa；ITO透明导电玻璃清洗：ITO透明导电玻璃分别用去离子水、洗涤剂、去离子水、丙酮和异丙醇超声清洗10 min，然后用紫外
‑
臭氧处理15 min，然后转移到充满N2的手套箱中，制备出透明导电层1；（二）、在ITO透明导电玻璃上旋转涂层3000rpm的PTAA（0.5 mg/mL）30s，然后在100℃热退火10 min，制备出30n2m厚度的空穴传输层2；（三）、采用Al2O3光子晶体，将Al2O3光子晶体分散体稀释到20 w.t.%的异丙醇中，按照覆盖率为20%，旋转包覆在4000 rpm的HTL上30s，然后在100℃下热退火15 min，制备出光子晶体多孔绝缘体接触层3；（四）、将FAI、MABr、CsI、PbBr2、PbI2在DMF：DMSO=4：1（V/V）混合溶剂中混合，制备1.5 M钙钛矿前驱体溶液，在钙钛矿前驱体溶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：（一）、采用真空溅射法沉积透明导电层（1）并清洗；（二）、采用旋涂法制备空穴传输层（2），热退火；（三）、将光子晶体分散体旋转包覆在空穴传输层（2）上形成不同的覆盖率，得到光子晶体多孔绝缘体接触层（3），热退火；（四）、采用旋涂法制备钙钛矿吸光层（4），热退火；（五）、采用蒸发法沉积制备电子传输层（5）；（六）、通过溅射或蒸发在电子传输层（5）的背面接触，制备金属背电极层（6）；（七）、得到包含光子晶体结构的钙钛矿太阳能电池，其结构包括:透明导电层（1）、空穴传输层（2）、光子晶体多孔绝缘体接触层（3）、钙钛矿吸光层（4）、电子传输层（5）和金属背电极层（6）。2.按照权利1所述的一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法，其特征在于：所述金属背电极层（6）是将银通过溅射或蒸发在电子传输层（5）的背面接触得到金属背电极Ag，作为金属背电极，厚度为100
‑
200nm。3.按照权利要求2所述的一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法，其特征在于：所述透明导电层（1）使用材料为ITO透明导电玻璃，可用于纵向收集载流子并向电极传输，同时也可以减少光学反射，厚度为100
‑
200nm。4.按照权利要求3所述的一种利用光子晶体结构提升钙钛矿电池性能的方法，其特征在于：所述光子晶体多孔绝缘体接触层（3）的接触材料为Al2O3光子晶体，单个Al2O3光子晶体分散体高为0
‑
100nm，宽为0

【专利技术属性】
技术研发人员：成尔军，
申请(专利权)人：盐城市质量技术监督综合检验检测中心盐城市产品质量监督检验所，
类型：发明
国别省市：