CN104638110B - 一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明利用铜铟硫和钙钛矿两种材料各自的优越性能制得的太阳能电池结构新颖，充分利用了铜铟硫与钙钛矿两种光伏材料的优点，铜铟硫与钙钛矿形成了体异质结，提高了铜铟硫与钙钛矿的接触面积，利于载流子的收集；制作过程简单，成本低廉，应用前景广阔。

Description

一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着石化能源的日益消耗，新能源的开发与利用一直都是科学研究人员关注的焦点，目前太阳能作为一种清结能源已经被证实可以在一定程度上替代石化能源，而太阳能电池则是利用太阳能的一种有效方式，目前硅基的无机太阳能电池已经比较成熟，但是硅基太阳能电池的生产成分高昂、以及刚性太大无法进行弯曲等都限制了硅基太阳能电池的大规模应用。
薄膜太阳电池因其具有质轻、生产成本低、可被制成柔性可卷曲形状、便于大面积连续生产等突出优势，被公认是未来太阳电池发展的主要方向，并已成为国际上研究最多的太阳电池技术之一。
CN201410315452.9中公开了一种铜铟硫/钙钛矿异质结太阳能电池，但是还存在一些缺陷。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该方法可以制成基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池。
本发明采用以下技术方案：
一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：
1）将切好的ITO导电玻璃清洗，得到洁净的ITO基片；
2）称取0.11mmol碘化亚铜、0.1mmol醋酸铟、0.5mmol硫脲，共同溶于1.2ml甲胺与0.08ml丙酸组成的混合溶液中，配置成铜铟硫前驱体溶液；
3）取0.08ml步骤2）配置好的铜铟硫前驱体溶液，滴到步骤1）清洗后的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，氮气环境下退火，ITO基片上得到一层致密的铜铟硫薄膜，记为ITO/compact-CuInS2；
4）按步骤2）中的原料用量比例配制铜铟硫前驱体溶液200ml，向其中混入三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液200ml形成混合液，而后将此混合液磁力搅拌其充分混合；
5）取步骤4）的混合液0.08ml滴到步骤3）得到的ITO基片上并匀胶，而后退火，ITO基片上得到掺杂有三氧化二铝的铜铟硫光电薄膜，记为ITO/compact-CuInS2/hybrid-CuInS2；
6）将步骤5）得到的ITO基片放入氢氧化钠水溶液中浸泡，取出后用去离子水清洗，而后将其放到热台上氮气环境下烘干，即得到具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜，记为ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2；
7）称取0.01mmol的CH3NH3I和0.01mmol的PbI2共同溶入1mlDMF溶液中，60℃搅拌8小时，配置成钙钛矿前驱体溶液，取钙钛矿前驱体溶液0.08ml滴到步骤6）得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下退火，得到的基片记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3；
8）称量15mg PCBM 溶入1ml邻二氯苯中形成PCBM邻二氯苯溶液，磁力搅拌24小时，取PCBM邻二氯苯溶液0.08ml滴到步骤7）得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下退火，得到的基片记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3/PCBM；
9）将步骤8）得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池，记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3/PCBM/Ag。
步骤1）清洗时依次在异丙醇、丙酮、酒精中各超声清洗15分钟。
步骤3）匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟6000转匀胶60秒；步骤5）匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟3000转匀胶60秒；步骤7）匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟1500转匀胶60秒；步骤8）匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟2000转匀胶60秒。
步骤3）、5）中的退火是在250℃退火15分钟；步骤7）中的退火是在100℃退火30分钟；步骤8）中的退火是在150℃退火15分钟。
步骤4）中三氧化二铝纳米粒的平均粒径为50nm，三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液的浓度为20wt%。
步骤6）中氢氧化钠水溶液的浓度为0.2mol/L，浸泡时间为30分钟。
根据以上方法制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池。
本发明利用铜铟硫和钙钛矿两种材料各自的优越性能制得的太阳能电池结构新颖，充分利用了铜铟硫与钙钛矿两种光伏材料的优点，铜铟硫与钙钛矿形成了体异质结，提高了铜铟硫与钙钛矿的接触面积，利于载流子的的收集；制作过程简单，成本低廉，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明过程中制得的介孔结构铜铟硫光电薄膜的SEM图；
图2为本发明制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池相应功能层的的XRD图；
图3为本发明制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池相应功能层的的XRD图；
图4为本发明制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线。
具体实施方式
实施例：
一种基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池，包括以下步骤：
1）将切好的ITO导电玻璃依次在异丙醇、丙酮、酒精中各超声清洗15分钟，得到洁净的ITO基片；
2）称取0.11mmol碘化亚铜、0.1mmol醋酸铟、0.5mmol硫脲，共同溶于1.2ml甲胺与0.08ml丙酸组成的混合溶液中，配置成铜铟硫前驱体溶液；
3）取0.08ml步骤2）配置好的铜铟硫前驱体溶液，滴到步骤1）清洗后的ITO基片上，而后放置到匀胶机上以每分钟6000转匀胶60秒，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，氮气环境下在250℃退火15分钟，ITO基片上得到一层致密的铜铟硫薄膜，记为ITO/compact-CuInS2；
4）按步骤2）中的原料用量比例配制铜铟硫前驱体溶液200ml，向其中混入浓度20wt%的三氧化二铝纳米粒（平均粒径为50nm）异丙醇悬浊液200ml形成混合液，而后将此混合液磁力搅拌其充分混合；
5）取步骤4）的混合液0.08ml滴到步骤3）得到的ITO基片上，而后放置在匀胶机上以每分钟3000转匀胶60秒，而后在250℃退火15分钟，ITO基片上得到掺杂有三氧化二铝的铜铟硫光电薄膜，记为ITO/compact-CuInS2/hybrid- CuInS2；
6）将步骤5）得到的ITO基片放入0.2mol/L氢氧化钠水溶液中浸泡30分钟，取出后用去离子水清洗，而后将其放到热台上氮气环境下烘干，即得到具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜，记为ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2；
7）称取0.01mmol的CH3NH3I和0.01mmol的PbI2共同溶入1mlDMF溶液中，60℃搅拌8小时，配置成钙钛矿前驱体溶液，取钙钛矿前驱体溶液0.08ml滴到步骤6）得到的基片上，而后放置在匀胶机上以每分钟1500转匀胶，而后氮气环境下100℃退火30分钟，得到的基片记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3；
8）称量15mg PCBM 溶入1ml邻二氯苯中形成PCBM邻二氯苯溶液，磁力搅拌24小时，取PCBM邻二氯苯溶液0.08ml滴到步骤7）得到的基片上，而后放置在匀胶机上以每分钟2000转匀胶，而后150℃氮气环境下退火15分钟，得到的基片记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3/PCBM；
9）将步骤8）得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池，记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3/PCBM/Ag。
步骤6）得到的具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜的SEM图如图1所示，由此图看出制得的铜铟硫光电薄膜具有介孔结构。
图2、3为本发明制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池相应功能层的的XRD图，说明得到的钙钛矿太阳能电池中含有铜铟硫和钙钛矿材料。
图4为制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线，伏安特性曲线的测试条件为常温 AM 1.5G 模拟太阳光照射下 (100 mW/cm2) ，说明该基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的性能良好。

Claims (5)

1.一种制备基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）将切好的ITO导电玻璃清洗，得到洁净的ITO基片；
2）称取0.11mmol碘化亚铜、0.1mmol醋酸铟、0.5mmol硫脲，共同溶于1.2ml甲胺与0.08ml丙酸组成的混合溶液中，配置成铜铟硫前驱体溶液；
3）取0.08ml步骤2）配置好的铜铟硫前驱体溶液，滴到步骤1）清洗后的ITO基片上，而后匀胶，匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟6000转匀胶60秒；最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，氮气环境下退火，退火是在250℃退火15分钟；ITO基片上得到一层致密的铜铟硫薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2；
4）按步骤2）中的原料用量比例配制铜铟硫前驱体溶液200ml，向其中混入三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液200ml形成混合液，而后将此混合液磁力搅拌其充分混合；
5）取步骤4）的混合液0.08ml滴到步骤3）得到的ITO基片上并匀胶，匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟3000转匀胶60秒；而后退火，退火是在250℃退火15分钟；ITO基片上得到掺杂有三氧化二铝的铜铟硫光电薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2/hybrid-CuInS2；
6）将步骤5）得到的基片放入氢氧化钠水溶液中浸泡，取出后用去离子水清洗，而后将其放到热台上氮气环境下烘干，即得到具有介孔结构的铜铟硫光电薄膜，基片记为ITO/compact-CuInS2/mesoporous-CuInS2；
7）称取0.01mmol的CH3NH3I和0.01mmol的PbI2共同溶入1mlDMF溶液中，60℃搅拌8小时，配置成钙钛矿前驱体溶液，取钙钛矿前驱体溶液0.08ml滴到步骤6）得到的基片上并匀胶，匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟1500转匀胶60秒；而后氮气环境下退火，退火是在100℃退火30分钟；得到的基片记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3；
8）称量15mg PCBM 溶入1ml邻二氯苯中形成PCBM邻二氯苯溶液，磁力搅拌24小时，取PCBM邻二氯苯溶液0.08ml滴到步骤7）得到的基片上并匀胶，匀胶时的具体操作是放置在匀胶机上以每分钟2000转匀胶60秒；而后氮气环境下退火，退火是在150℃退火15分钟；得到的基片记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3/PCBM；
9）将步骤8）得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池，记为ITO/compact-CuInS2/CuInS2：(CH3NH3)PbI3/(CH3NH3)PbI3/PCBM/Ag。
2.如权利要求1所述的制备基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，清洗时依次在异丙醇、丙酮、酒精中各超声清洗15分钟。
3.如权利要求1所述的制备基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤4）中三氧化二铝纳米粒的平均粒径为50nm，三氧化二铝纳米粒异丙醇悬浊液的浓度为20wt%。
4.如权利要求1所述的制备基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤6）中氢氧化钠水溶液的浓度为0.2mol/L，浸泡时间为30分钟。
5.根据权利要求1-4任一项方法制得的基于介孔结构铜铟硫的钙钛矿太阳能电池。
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