[发明专利]可溶液加工的平面异质结钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳电池技术领域，特别涉及一种可溶液加工的平面异质结钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术

近年来兴起的钙钛矿型太阳能电池具有效率高、成本低、质量轻，制作工艺简单、可制备成大面积柔性器件等突出优点而备受关注。基于钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃的太阳电池由于其结构简单，高效而成为近年的研究重点。近两年，钙钛矿电池的发展十分迅速，由不到5％的效率发展到16％的效率仅用了不到四年的时间。因此在短期内，该类型的太阳电池已成为领域内的研究重点及热点。2013年，钙钛矿太阳电池研究入选世界年度十大科技进展。

钙钛矿太阳电池具体来说是指用具有ABO₃构型的钙钛矿材料如CH₃NH₃PbI₃等作为光吸收层的太阳电池，无论是以TiO₂作为骨架，还是致密TiO₂作为电子收集层的钙钛矿太阳能电池，其制作工艺复杂需要500℃的温度条件，在一定程度上限制了在高分子材料等柔性衬底上通过印刷等工艺大规模生产的可能。本发明分别采用PEDOT：PSS和PC₆₀BM作为空穴和电子传输层，用二异丙氧基双乙酰丙酮钛(TIPD)作为低功函的阴极修饰层，采用溶液加工的方法，整个流程都在150℃以下，相比于TiO₂与spiro-OMeTAD成本大大降低，工艺简单，适合工业化生产。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种可溶液加工的平面异质结钙钛矿太阳电池及其制备方法。

一种可溶液加工的平面异质结钙钛矿太阳电池，所述平面异质结钙钛矿太阳电池中衬底、透明导电金属氧化物阳极层、阳极修饰层、钙钛矿层、电子传输层、阴极修饰层和阴极层顺次相连；所述阴极修饰层的材质为金属的乙酰丙酮螯合物膜材料。所述金属的乙酰丙酮螯合物为二异丙氧基双乙酰丙酮钛、乙酰丙酮锆、乙酰丙酮钽或乙酰丙酮镍。在透明导电金属氧化物阳极层的一端上沉积有金属导线，金属导线连接负载或测试装置的一端，阴极层连接负载或测试装置的另一端。入射光从衬底方向射入。PEDOT：PSS主要作用为收集空穴，阻挡电子和导电基底复合的作用；钙钛矿吸收光并转化为电子和空穴；电子传输层起到输运电子的作用；TIPD的作用是阻挡空穴，输运电子；金属电极则负责收集电子。

一种可溶液加工的平面异质结钙钛矿太阳电池的制备方法，其具体步骤如下：

a.透明导电金属氧化物阳极层的制备：在玻璃或聚酯薄膜的衬底上溅射金属氧化物制备透明导电金属氧化物阳极层；

b.阳极修饰层的制备：在经紫外-臭氧表面处理设备处理后的透明导电金属氧化物阳极层上旋涂PEDOT：PSS，涂膜厚度为10nm～50nm，经热退火，得到阳极修饰层；

c.钙钛矿层的制备：将PbI₂与CH₃NH₃I按1：1的质量比例溶于溶剂中，加热，制备钙钛矿的前驱体溶液，将所得钙钛矿的前驱体溶液旋涂于阳极修饰层上，经热退火，得到钙钛矿层；

d.电子传输层的制备：将PC₆₀BM溶液旋涂于钙钛矿层上面，得到电子传输层；

e.阴极修饰层的制备：将金属的乙酰丙酮螯合物溶液旋涂于电子传输层上面，经热退火，得到阴极修饰层；

f.阴极层的制备：在阴极修饰层上真空蒸镀Al作为阴极层。

所述步骤b中热退火温度为150℃，时间为15min。

所述步骤c中的溶剂为DMF、γ-丁内酯中的一种或两种；加热温度为90℃～200℃，加热时间为12h；钙钛矿的前驱体溶液的总浓度为30wt％；旋涂转速为2000rpm～5000rpm；热退火温度为90℃～200℃，时间为2h；所得钙钛矿层的厚度为350nm。

所述步骤d中的PC₆₀BM溶液的溶剂为邻二氯苯、间二氯苯、对二氯苯和氯苯中的一种或多种；PC₆₀BM溶液中PC₆₀BM的浓度为10mg/mL～30mg/mL；旋涂转速为1000rpm～4000rpm；所得电子传输层的厚度为10nm～120nm。