[发明专利]一种钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳电池技术领域。

背景技术

近年来，用具有钙钛矿结构的有机-无机杂化卤化物作为光吸收层制备太阳电池，其光电转化效率已经达到20％，受到了广泛关注。目前，最常用的钙钛矿型吸光层材料是甲胺铅碘化物(CH₃NH₃PbI₃)，这种钙钛矿型材料的吸光范围约为300～800nm。另一种钙钛矿型吸光层材料是甲脒铅碘化物(HC(NH₂)₂PbI₃)，这种钙钛矿型材料的吸光范围可以扩大到850nm，相对于甲胺铅碘化物，它可以利用更大波长范围的太阳光能量。但是，甲脒铅碘化物在空气中由于水蒸气的影响，会转变为另一种不能作为光伏材料的非钙钛矿结构。因此，提高钙钛矿型甲脒铅碘化物的抗湿能力，增强太阳电池器件的稳定性，成为该领域的研究重点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术制备的钙钛矿型甲脒铅碘化物抗湿度能力弱，湿度稳定性差的缺点，提出了一种利用铯离子提高甲脒铅碘化物的抗湿能力的湿度稳定的钙钛矿太阳电池。

本发明的钙钛矿太阳电池的技术方案如下：

一种钙钛矿太阳电池，以FTO导电玻璃为基底1，其上依次为致密二氧化钛层2、多孔二氧化钛层3、钙钛矿层4、空穴传输层5和电极6；其中钙钛矿层为铯掺杂甲脒铅碘化物，Pb和Cs的摩尔比为100:1～3；所述电极优选金电极或银电极。

致密二氧化钛层2的厚度优选20～150nm，多孔二氧化钛层的厚度优选50～1000nm，空穴传输层的厚度优选30～500nm，钙钛矿层4的厚度为200～250nm。

本发明还提供了钙钛矿太阳电池的制备方法，具体步骤如下：

A、在FTO导电玻璃基底1上制备致密二氧化钛层2，并在致密二氧化钛层2上制备多孔二氧化钛层3；

B、使碘化铅和碘化铯混合溶液在多孔二氧化钛层3表面匀胶制膜得到碘化铅和碘化铯混合膜；所述混合溶液中Pb和Cs的摩尔比为10:1～3；

C、在120～200℃条件下预热，除去碘化铅和碘化铯混合膜中剩余的溶剂；

D、在120～200℃条件下，用喷雾方式将浓度为30～70mg/mL甲脒氢碘酸盐溶液雾化，气流携带甲脒氢碘酸盐溶液雾滴与碘化铅和碘化铯混合膜接触并充分反应得到铯掺杂的甲脒铅碘化物；

E、待步骤D反应结束并冷却后除掉未反应的甲脒氢碘酸盐，并在120～200℃条件下退火处理后得到钙钛矿层4；

F、在甲脒铅碘化物膜表面制备空穴传输层5；并在空穴传输层5表面制备电极6后得到所述钙钛矿太阳电池。

甲脒氢碘酸盐溶液的溶剂为能溶解甲脒氢碘酸盐，不易溶解碘化铅，且易挥发、能够被雾化的溶剂，优选异丙醇。所述甲脒氢碘酸盐溶液浓度优选50mg/mL。

步骤A中致密二氧化钛的制备方法优选喷雾热解法；步骤C、步骤D和步骤E中温度条件优选160℃；步骤D中，雾化速度优选2～10μL/s，进一步优选5μL/s。

步骤E的优选方式为通过异丙醇洗涤方式去除未反应的甲脒氢碘酸盐。

步骤G中金电极或者银电极优选蒸发镀膜的方式制备。

本发明的有益效果：

1、用本发明方法所制备的钙钛矿太阳电池湿度稳定性高。

2、用本发明方法所制备的钙钛矿太阳电池重复性好。

3、用本发明方法所制备的钙钛矿太阳电池，其流程简单，易于控制，具有可操作性强的特点。

4、用本发明方法所制备的钙钛矿太阳电池比未引入铯离子的太阳电池光电转换效率更高。

附图说明

图1为本发明中钙钛矿太阳电池截面的扫描电镜照片。

以下附图标记为：1FTO导电玻璃基底、2致密二氧化钛层、3多孔二氧化钛层、4钙钛矿层、5空穴传输层和6电极。

具体实施方式

下面通过具体实施例的方式，结合说明书附图对本发明技术方案做进一步解释和说明。以下实施例中采用的基底面积为1.5cm×1.5cm，未特殊说明的反应均在常温常压下进行。

实施例1

以FTO导电玻璃为基底1；将乙酰丙酮配位的异丙醇钛用乙醇稀释10倍，取1.2mL稀释后的溶液平均分为三次，并在基底温度为450℃的条件下，以氧气为载体进行喷雾热解得到致密二氧化钛层2。