CN103346018B - 通过固液反应制备具有钙钛矿结构的碘化物太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

发明涉及一种通过固液反应制备具有钙钛矿结构的碘化物的半导体材料，并进一步组装太阳能电池器件。属于光电材料技术领域。其特征在于FTO\致密TiO2\介孔层的基础上制备碘化物钙钛矿ABI3。其中，AI为一价有机碘盐，BI2为二价碘盐。钙钛矿相ABI3包含CH3NH3PbI3、NH2=CHNH3PbI3、CH3NH3SnI3、NH2=CHNH3SnI3等，其具有良好的光吸收、光电转换、电子空穴传输能力。在活性材料和电极界面处引入电子传输层(TiO2、ZnO、Nb2O5)和空穴传输层，可以构建基于钙钛矿ABI3的太阳能电池器件。材料的合成简单、成本低、器件有较高的稳定性和使用寿命。

Description

通过固液反应制备具有钙钛矿结构的碘化物太阳能电池
技术领域
本发明属于光电材料技术领域，具体涉及一种基于碘化物钙钛矿结构的太阳能电池。
背景技术
随着全球化石燃料的枯竭及温室效应的日益严重，清洁能源及低碳经济已经成为世界各国的重要研究课题。太阳能电池技术受到极大的关注。其中，硅基太阳能电池等器件原材料、制备工艺要求苛刻，器件成本较高，开发低成本、溶液法制备太阳能电池技术成为必然。目前量子点太阳能电池虽然有很好的发展，但是大规模合成技术、相对较低的效率仍是限制其发展的主要因素。
在太阳能电池的众多光吸收剂中，硫化物、硒化物、锑化物等。关于钙钛矿光电领域的研究有（201110102113.9，201110142339.1），但他们是氧化物钙钛矿材料，研究的是上转换性质。碘化物的新型钙钛矿结构在太阳能电池上的应用是一个全新的领域。未搜索到关于碘化物的新型钙钛矿结构作为光电转换材料的专利。
发明内容
本发明的目的在于利用碘化物钙钛矿作为光电转换材料的太阳能电池的制备方法，通过在n型TiO2半导体薄膜上合成具有特定形貌的碘化物钙钛矿结构，然后再在钙钛矿结构上旋涂p型半导体薄膜，得到低成本、长寿命、高的光电转换效率的太阳能电池器件。
为了得到高性能光电转换材料，本发明提供了固－液反应途径制备碘化物钙钛矿结构，合成的关键是控制反应物的配比AI和BI2，反应的产物ABI3包括CH3NH3PbI3、NH2=CHNH3PbI3、CH3NH3SnI3、NH2=CHNH3SnI3钙钛矿半导体。
固相反应分为两种，一种是利用蒸镀等方式按照摩尔比1：1蒸镀两种前驱体AI和BI2，然后通过加热的方式得到产物ABI3相。另一种方式是AI和BI2按照1：1的比例置于AI跟BI2的不良溶剂中，如乙醚、乙酸乙酯等，其在室温下缓慢扩散，通过类固相反应得到ABI3钙钛矿结构。液相反应是通过AI和BI2按照1：1的比例溶解在丁内酯、N’N二甲基甲酰胺，或者N’N二甲基乙酰胺溶液当中，然后通过溶剂挥发得到ABI3钙钛矿结构。
本专利所述的固-相反应是通过含有AI物质的溶液浸泡固体BI2，保证溶解AI的溶液不溶解BI2 和反应产物，使AI跟BI2发生固液反应，使AI缓慢扩散到BI2结构当中，原位形成新的钙钛矿相ABI3。最明显的特征是直接在太阳能基片上形成所需的钙钛矿碘化物结构，合成工艺简单、易于操作、对设备要求低。
本专利涉及的太阳能电池结构基于染料敏化太阳能电池。器件的结构是FTO/电子传输层/介孔层/碘化物/空穴传输层/电极。电子传输材料包含TiO2、ZnO、Nb2O5，其次是介孔材料，其包括n型半导体TiO2、ZnO、Nb2O5，或者绝缘体Al2O3、SiO2。
固-相反应的具体过程是首先在介孔层中制备BI2层，通过适当的干燥和加热处理得到均匀的BI2相，然后把固相BI2相跟AI溶液反应并加热处理，得到ABI3钙钛矿相。
P型半导体是Spiro、P3HT等有机p型半导体材料或者V2O5、MoO3等p型无机化合物。
基于Pb钙钛矿结构，制备过程可以在空气或者氮气中制备和器件组装，基于Sn钙钛矿结构，在氮气环境中制备和器件组装。
以上制备过程较硅基太阳能电池器件工艺简单、成本较低，效率接近多晶硅器件，有利于大面积的推广。
附图说明
附图1 CH3NH3PbI3的XRD。
附图2 CH3NH3PbI3的紫外可见吸收光谱。
附图3基于CH3NH3PbI3的太阳能电池器件的IV曲线。
附图4基于CH3NH3PbI3的太阳能电池器件稳定性曲线。
附图5 TiO2介孔薄膜的SEM照片。
附图6 SiO2介孔薄膜的SEM照片。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
首先，溶胶凝胶法制备TiO2胶体，旋涂于清洗过的FTO玻璃上，然后550 oC加热处理30 min，得到致密的TiO2薄膜。再致密薄膜上旋涂TiO2浆料，TiO2的颗粒大小可以由10 nm-50 nm不等，然后再进一步550 oC加热处理30 min，得到TiO2介孔薄膜。其次，按照摩尔百分比1:1将CH3NH3I和PbI2混合在丁内酯的溶液中，配制质量比为40％的溶液，然后旋涂在介孔TiO2膜上，加热到100 oC，30 min，挥发掉溶剂，最终得到ABI3钙钛矿结构。最后在钙钛矿层上旋涂空穴传输层P3HT、蒸镀金电极，组装成太阳能电池器件，得到7％的光电转换效率。
实施例2
首先，溶胶凝胶法制备TiO2胶体，旋涂于清洗过的FTO玻璃上，然后550 oC加热处理30 min，得到致密的TiO2薄膜。再致密薄膜上旋涂TiO2浆料，TiO2的颗粒大小可以由10 nm-50 nm不等，然后再进一步550 oC加热处理30 min，得到TiO2介孔薄膜。其次，旋涂一层BI2溶液在介孔层中，然后，浸泡到用异丙醇溶解的AI溶液当中，通过固液反应得到ABI3钙钛矿结构，半分钟后取出FTO，异丙醇洗涤干燥后加热到100 oC，保温30 min，挥发掉溶剂，最终得到ABI3钙钛矿结构。最后在钙钛矿层上旋涂空穴传输层P3HT、蒸镀金电极，组装成太阳能电池器件，得到8％的光电转换效率。

Claims (5)

1.一种通过固-液反应制备的具有钙钛矿结构的ABI3 型碘化物太阳能电池，其特征在于两种单体通过固-液反应，直接在介孔基底上成膜，进而组装太阳能电池器件，器件的结构是FTO/电子传输层/介孔层/碘化物/空穴传输层/电极，其中两种单体为碘化物的形式，为AI 和BI2，固－液反应的途径为浸泡的方式，浸泡的特点是BI2 固相膜置于AI 溶液中，AI 渗透到BI2 固相膜中，适度加热除掉溶剂，最终得到ABI3 型钙钛矿结构。
2.如权利要求1 所述一种通过固-液反应制备的具有钙钛矿结构的ABI3 型碘化物太阳能电池，AI 材料为有机胺碘盐类，所述的有机胺碘盐类为CH3NH3I，NH2=CHNH3I 中的一种或几种，其溶剂为异丙醇，其特点是溶解AI 但不溶解BI2。
3.如权利要求1 所述一种通过固-液反应制备的具有钙钛矿结构的ABI3 型碘化物太阳能电池，BI2 材料为二价金属碘盐类，所述的二价金属碘盐类为SnI2、PbI2 中的一种或几种，其溶剂为DMF、DMAC 中的一种，其特点是对BI2 有较高的溶解度。
4.如权利要求1 所述一种通过固-液反应制备的具有钙钛矿结构的ABI3 型碘化物太阳能电池，BI2 类二价金属碘盐要在介孔材料TiO2、Nb2O5、SiO2 中的一种的介孔薄膜中成固相膜。
5.如权利要求4所述一种通过固-液反应制备的具有钙钛矿结构的ABI3 型碘化物太阳能电池，BI2 固相膜的成膜方式为旋涂、提拉、喷雾中的一种，成膜后通过高温100-150oC 干燥得到分散于介孔层中的BI2 固相结构。
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Families Citing this family (50)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10303035B2 (en) 2009-12-22 2019-05-28 View, Inc. Self-contained EC IGU
WO2014032023A1 (en) 2012-08-23 2014-02-27 View, Inc. Photonic-powered ec devices
CN103682153B (zh) * 2013-11-28 2017-02-08 中国科学院物理研究所 用于钙钛矿型有机卤化铅薄膜太阳能电池的金属‑绝缘层‑半导体背接触界面结构及其制备方法
CN103700769B (zh) * 2013-12-03 2016-05-04 常州大学 一种有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN103700768B (zh) * 2013-12-03 2016-08-17 常州大学 一种钙钛矿结构太阳能电池及其制备方法
US10777693B2 (en) 2013-12-17 2020-09-15 Oxford University Innovation Limited Photovoltaic device comprising a metal halide perovskite and a passivating agent
CN104733183B (zh) * 2013-12-19 2017-10-03 清华大学 钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
US10243141B2 (en) 2013-12-23 2019-03-26 Korea Research Institute Of Chemical Technology Precursor of inorganic/organic hybrid perovskite compound
CN103762315B (zh) * 2014-01-16 2016-08-17 中国科学院物理研究所 钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法
CN103762344B (zh) * 2014-01-21 2016-08-17 华中科技大学 一种两性分子改性的钙钛矿光电功能材料及其应用
CN103855307A (zh) * 2014-03-14 2014-06-11 国家纳米科学中心 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN103903872A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 中国科学院上海技术物理研究所 一种钙钛矿相有机无机混合结晶材料的制备方法
CN103943782A (zh) * 2014-04-25 2014-07-23 武汉鑫神光电科技有限公司 一种低温全溶液法制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN103943368A (zh) * 2014-04-28 2014-07-23 中国科学院青岛生物能源与过程研究所 一种新型含锗钙钛矿材料及其太阳能电池
CN103956431B (zh) * 2014-04-30 2017-10-20 华南理工大学 一种溶液加工的有机‑无机平面异质结太阳电池及其制备
CN103956394B (zh) * 2014-05-13 2016-08-24 国家纳米科学中心 一种改善钙钛矿太阳电池吸光层性能的方法
CN104009159B (zh) * 2014-05-14 2017-11-10 中国科学院物理研究所 钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法
CN104022135B (zh) * 2014-05-19 2017-05-03 清华大学 一种光耦器件及其制备方法
CN104051629B (zh) * 2014-06-28 2017-10-20 福州大学 一种基于喷涂工艺制备钙钛矿型太阳能电池的方法
CN104037325B (zh) * 2014-07-03 2018-01-05 国家纳米科学中心 一种有机太阳能电池及其制备方法
CN105304821B (zh) * 2014-07-15 2017-12-01 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 钙钛矿薄膜及太阳能电池的制作方法
CN104141166B (zh) * 2014-07-17 2016-05-25 南京信息工程大学 大尺寸钙钛矿结构甲胺溴铅晶体的制备方法
CN104131352B (zh) * 2014-07-17 2016-05-04 南京信息工程大学 大尺寸钙钛矿结构甲胺碘铅晶体的制备方法
CN104157786A (zh) * 2014-07-31 2014-11-19 清华大学 钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
KR101962168B1 (ko) 2014-08-05 2019-03-27 한국화학연구원 무 /유기 하이브리드 페로브스카이트 화합물 막의 제조방법
TWI527259B (zh) 2014-08-13 2016-03-21 國立清華大學 鈣鈦礦太陽能電池的製造方法
CN105448524B (zh) * 2014-09-05 2018-03-20 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 银掺杂有机金属钙钛矿材料、太阳能电池及其制作方法
CN104250723B (zh) * 2014-09-09 2017-02-15 许昌学院 一种基于铅单质薄膜原位大面积控制合成钙钛矿型CH3NH3PbI3薄膜材料的化学方法
CN104409636A (zh) * 2014-11-18 2015-03-11 天津理工大学 一种带有三维有序介孔支架层的钙钛矿薄膜太阳能电池
CN104409642B (zh) * 2014-11-21 2017-04-26 北京科技大学 一种钙钛矿/p型量子点复合结构太阳能电池的制备方法
SG11201706058VA (en) * 2015-02-06 2017-08-30 Univ Nanyang Tech Gel, method of forming the same, photovoltaic device and method of forming the same
CN104934304B (zh) * 2015-06-04 2018-04-27 苏州大学 一种通过常温下的混合溶剂诱导调控获得黑色立方晶系钙钛矿薄膜的方法
JP2017022354A (ja) * 2015-07-14 2017-01-26 パナソニック株式会社 ペロブスカイト太陽電池
CN105098082B (zh) * 2015-08-10 2018-01-05 北京大学深圳研究生院 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN108292036A (zh) * 2015-10-28 2018-07-17 唯景公司 光伏-电致变色窗户
CN105576126A (zh) * 2015-12-14 2016-05-11 哈尔滨工业大学 一种基于H-TiO2纳米粉体的钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN105489764B (zh) * 2015-12-21 2017-12-01 嵊州北航投星空众创科技有限公司 一种钙钛矿‑云母光伏材料及其制备方法
CN105514278B (zh) * 2015-12-24 2017-02-22 华中科技大学 一种二元金属复合钙钛矿材料、制备方法及其应用
CN105552231B (zh) * 2016-03-02 2018-05-01 宁波大学 钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105591030B (zh) * 2016-03-11 2017-09-26 华中科技大学 一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105772103B (zh) * 2016-04-02 2018-03-02 上海大学 甲基氨基碘化亚锡‑二氧化钛可见光催化材料的制备方法
CN106033796B (zh) * 2016-07-29 2019-05-03 陕西师范大学 一种钙钛矿薄膜电池及其吸收层和吸收层制备方法
WO2018026326A1 (en) * 2016-08-03 2018-02-08 Nanyang Technological University Halide perovskite film, solar cell including, and method of forming the same
US11320713B2 (en) 2017-02-16 2022-05-03 View, Inc. Solar power dynamic glass for heating and cooling buildings
CN108461632A (zh) 2017-02-21 2018-08-28 华邦电子股份有限公司 钙钛矿复合结构
TWI645082B (zh) * 2017-02-21 2018-12-21 華邦電子股份有限公司 鈣鈦礦複合結構
CN109148687B (zh) * 2017-06-16 2023-02-07 韩国化学研究院 包含宽带隙的钙钛矿系太阳能电池及其制造方法
CN107325004A (zh) * 2017-08-01 2017-11-07 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿晶体及其制备方法
CN107557004A (zh) * 2017-10-17 2018-01-09 南昌航空大学 一种制备稳定钙钛矿量子点的方法
CN108258123B (zh) * 2018-01-18 2021-08-27 南方科技大学 一种调控钙钛矿型材料晶相转变温度的方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1213775A2 (en) * 2000-12-07 2002-06-12 Seiko Epson Corporation Solid State Dye Sensitized Solar Cell

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1213775A2 (en) * 2000-12-07 2002-06-12 Seiko Epson Corporation Solid State Dye Sensitized Solar Cell
CN1193434C (zh) * 2000-12-07 2005-03-16 精工爱普生株式会社 光电变换器件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Mesoscopic CH3NH3PbI3/TiO2 Heterojunction Solar Cells;Lioz Etgar et al;《Journal of the American chemical society》;20121008;第17396页第17398页 *

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