[发明专利]一种无空穴传输材料钙钛矿薄膜异质结电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无空穴传输材料钙钛矿薄膜异质结电池的制备方法，属于光伏器件技术领域。

背景技术

基于钙钛矿材料的全固态薄膜太阳能电池是一种由全固态染料敏化太阳能电池发展而来的廉价、高性能的新型光伏器件。目前公证效率已提升至20.1％，该记录已超过光伏市场上占统治地位的晶硅太阳能电池产品的光电转换效率。此外，与传统太阳能电池相比，其主要优势还有：成本低廉、工艺技术相对简单，可塑性强，具有广阔的应用前景。然而传统的钙钛矿太阳能电池通常所采用的有机空穴传输材料如spiro-OMeTAD价格昂贵，成本超过金或铂的10倍，同时还需要在高真空高能耗环境下采用蒸镀或溅射方法制备金或银电极，从而不可避免的破坏器件结构的完整性，导致器件短路，器件重复性差。另外，由于钙钛矿这一核心材料易被空气中的水分解导致电池失效，其防水性和长期稳定性的研究也十分迫切。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种无空穴传输材料钙钛矿薄膜异质结电池的制备方法，该方法先利用改进的两步法合成了高质量的钙钛矿层，接着二次涂覆不同的碳浆料，最后用PMMA封装，得到了高效、稳定、防水的钙钛矿电池。

针对现有钙钛矿电池的一系列问题，我们发明了一种简单、易重复的方法来生产一种基于碳电极的高效、廉价、稳定、防水的无空穴传输材料的钙钛矿电池。首先我们利用改进的两步旋涂法合成出了高质量的钙钛矿层，相较于之前文献所报道的两步旋涂法，我们在PbI₂前驱液中加入了少量PbCl₂以提高PbI₂的溶解度，提高了高效率电池的成功率。另外，我们将廉价的商业碳浆混入CH₃NH₃I后直接涂覆与钙钛矿层上，可以有效的阻止浆料溶剂对其破坏，改善了钙钛矿/碳电极界面。随后，不含CH₃NH₃I的碳浆再次涂覆以降低器件电阻。这种二次涂覆碳电极的方法目前为首创。最后，我们用溶液法在电池表面制备了PMMA防水层，从而达到封装效果，大大提高了电池的防水性能和稳定性。

本发明的无空穴传输材料钙钛矿薄膜异质结电池的制备方法，包含以下步 骤：

(1)TiO₂纳米晶薄膜基底的制备；

(2)钙钛矿层的制备：含0.2M PbCl₂与0.6～2.0M PbI₂的DMF溶液于70℃搅拌1h作为前驱体溶液，然后6000RPM 30s旋涂于TiO₂纳米晶薄膜基底上，100℃烘烤5min后，冷至室温，7mg/mL的CH₃NH₃I异丙醇溶液滴加于TiO₂纳米晶薄膜基底上，反应20s后，2000rpm 20s旋涂甩干，然后100℃烧结5min，形成均匀的黑色薄膜；

(3)碳电极的制备：将油性碳浆120℃下烤干，将含0.575g/ml干燥碳浆和0.005～0.0375g/mlCH₃NH₃I的氯苯放入球磨罐中球磨,然后均匀刮涂于(2)中所得钙钛矿薄膜上，100℃烤干，再次涂覆含0.575g/ml干燥碳浆的氯苯，100℃烤干；

(4)封装层的制备：于(3)所得碳层上均匀滴加50mg/ml PMMA的甲苯溶液，100℃烘干。

TiO₂纳米晶薄膜基底的制备过程如下：将0.15M C₁₆H₂₈O₆Ti的正丁醇溶液旋涂于刻蚀好的FTO玻璃上，150℃加热30min，继而将TiO₂浆料(1:3质量比于乙醇中稀释)2000rpm 20s旋涂其上，450℃烧结30min，40mM TiCl₄中浸泡，70℃下30min，再次500℃烧结30min。

TiO₂浆料为TiO₂按1:3质量比于乙醇中稀释所得。