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一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明采用PEDOT:PSS（退火温度100～150℃）代替以往钙钛矿太阳能电池中常用的TiO2（退火温度450～500℃），避免了高温退火处理，能够减少能源的消耗，有助于大规模生产，在钙钛矿中加入CdS更加有助于电子传输，所以能够提高电流密度，从而提升电池的效率。

Description

一种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，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
随着环境污染和能源危机的不断加剧，人类急需寻找一种新的清洁能源如太阳能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。而太阳能在这些新能源当中又是最具有发展潜力的新型能源。太阳能清洁干净无污染，其储量巨大，取之不尽，用之不竭，具有很好的应用前景。将太阳能转换为电能是解决环境污染和能源危机的重要途径之一，因此太阳能电池的发展就备受人们的关注，近些年来以钙钛矿为吸光材料的新型太阳能电池发展迅猛，转化效率不断地提升，受到了越来越多的科研工作者的关注，并且钙钛矿这种材料比较容易制备，这种电池的组装过程也比较廉价，所以具有较大的商业应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备方法简单、电流密度较高的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：①将切好的ITO（氧化铟锡）导电玻璃清洗，然后用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；②掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液的制备：向DMF(二甲基甲酰胺)中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，待搅拌均后再加入CdCl2粉体和硫脲粉体，搅拌均匀即得掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和DMF的固液比为0.151~0.171g/ml、PbI2粉体与DMF的固液比为0.46~0.48g/ml、CdCl2粉体与DMF的固液比为17.33~19.33mg/ml、硫脲粉体与DMF的固液比为21.85~23.85mg/ml；③将PEDOT:PSS（中文名：聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)）滴到步骤①得到的洁净的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，退火，ITO基片上得到一层PEDOT:PSS薄膜，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS；④将步骤②制备的掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液滴在步骤③得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3；⑤将6,6-苯基-C61丁酸甲酯滴到步骤④得到的基片上并匀胶，然后烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM；⑥将步骤⑤得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到钙钛矿太阳能电池，记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM/Ag。
述步骤①中ITO导电玻璃清洗时，依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中各超声清洗5~20分钟。
所述步骤③中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟3000~6500转匀胶10~50秒；所述步骤④中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000～2000转匀胶5~30秒；所述步骤⑤中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000~1500转匀胶5~30秒。
所述步骤③中的退火是在100~150℃下退火10~60min；所述步骤④中的烘烤是在50℃～100℃烘烤1~2小时；所述步骤⑤中烘烤是在60~90℃烘烤5~10分钟。
本发明产生的有益效果是，用PEDOT:PSS（退火温度100～150℃）代替以往钙钛矿太阳能电池中常用的TiO2（退火温度450～500℃），避免了高温退火处理，能够减少能源的消耗，有助于大规模生产，在钙钛矿中加入CdS更加有助于电子传输，所以能够提高电流密度，从而提升电池的效率。
附图说明
图1为实施例1及对照试验1中制备得到的钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线；
图2为实施例1中制备得到的钙钛矿太阳能电池的XRD图。
实施例1
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：①将切好的ITO导电玻璃清洗，然后用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；②掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液的制备：向DMF中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，待搅拌均后再加入CdCl2粉体和硫脲粉体，搅拌均匀即得掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和DMF的固液比为0.151g/ml、PbI2粉体与DMF的固液比为0.46g/ml、CdCl2粉体与DMF的固液比为17.33mg/ml、硫脲粉体与DMF的固液比为21.85mg/ml；③将PEDOT:PSS滴到步骤①得到的洁净的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，退火，ITO基片上得到一层PEDOT:PSS薄膜，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS；④将步骤②制备的掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液滴在步骤③得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3；⑤将6,6-苯基-C61丁酸甲酯滴到步骤④得到的基片上并匀胶，然后烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM；⑥将步骤⑤得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到钙钛矿太阳能电池，记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM/Ag。
所述步骤①中ITO导电玻璃清洗时，依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中各超声清洗5分钟。
所述步骤③中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟3000转匀胶50秒；所述步骤④中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1500转匀胶30秒；所述步骤⑤中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000转匀胶30秒。
所述步骤③中的退火是在100℃下退火60min；所述步骤④中的烘烤是在50℃烘烤2小时；所述步骤⑤中烘烤是在60℃烘烤10分钟。
对照试验1与实施1的不同之处在于：步骤②中不加CdCl2粉体。
实施例1中制备得到的钙钛矿太阳能电池的XRD图如图2所示，从图2根据CdS的晶面指数有（004）（303）（240）和所对应的角度分别是24.4°26.1°28.3°，所以可以确定在钙钛矿太阳电池中确实加入了CdS；在35°41°43°附近的晶面指数分别是（321）（224）（314）则充分说明是钙钛矿。实施例1中制备的钙钛矿太阳能电池和对照试验1制备的钙钛矿太阳能电池的电流-电压曲线如图1所示，由图1可以看出，实施例1中制备的钙钛矿太阳能电池电流密度较大。
实施例2
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：①将切好的ITO导电玻璃清洗，然后用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；②掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液的制备：向DMF中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，待搅拌均后再加入CdCl2粉体和硫脲粉体，搅拌均匀即得掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和DMF的固液比为0.171g/ml、PbI2粉体与DMF的固液比为0.48g/ml、CdCl2粉体与DMF的固液比为19.33mg/ml、硫脲粉体与DMF的固液比为23.85mg/ml；③将PEDOT:PSS滴到步骤①得到的洁净的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，退火，ITO基片上得到一层PEDOT:PSS薄膜，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS；④将步骤②制备的掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液滴在步骤③得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3；⑤将6,6-苯基-C61丁酸甲酯滴到步骤④得到的基片上并匀胶，然后烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM；⑥将步骤⑤得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到钙钛矿太阳能电池，记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM/Ag。
所述步骤①中ITO导电玻璃清洗时，依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中各超声清洗20分钟。
所述步骤③中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟6500转匀胶10秒；所述步骤④中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟2000转匀胶5秒；所述步骤⑤中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1500转匀胶5秒。
所述步骤③中的退火是在150℃下退火10min；所述步骤④中的烘烤是在100℃烘烤1小时；所述步骤⑤中烘烤是在90℃烘烤5分钟。
实施例3
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：①将切好的ITO导电玻璃清洗，然后用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；②掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液的制备：向DMF中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，待搅拌均后再加入CdCl2粉体和硫脲粉体，搅拌均匀即得掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和DMF的固液比为0.161g/ml、PbI2粉体与DMF的固液比为0.47g/ml、CdCl2粉体与DMF的固液比为18.33mg/ml、硫脲粉体与DMF的固液比为22.85mg/ml；③将PEDOT:PSS滴到步骤①得到的洁净的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，退火，ITO基片上得到一层PEDOT:PSS薄膜，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS；④将步骤②制备的掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液滴在步骤③得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3；⑤将6,6-苯基-C61丁酸甲酯滴到步骤④得到的基片上并匀胶，然后烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM；⑥将步骤⑤得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到钙钛矿太阳能电池，记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM/Ag。
所述步骤①中ITO导电玻璃清洗时，依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中各超声清洗10分钟。
所述步骤③中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟4500转匀胶30秒；所述步骤④中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1800转匀胶20秒；所述步骤⑤中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1200转匀胶20秒。
所述步骤③中的退火是在120℃下退火40min；所述步骤④中的烘烤是在80℃烘烤1.5小时；所述步骤⑤中烘烤是在75℃烘烤8分钟。
实施例4
一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：①将切好的ITO导电玻璃清洗，然后用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；②掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液的制备：向DMF中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，待搅拌均后再加入CdCl2粉体和硫脲粉体，搅拌均匀即得掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和DMF的固液比为0.151g/ml、PbI2粉体与DMF的固液比为0.46g/ml、CdCl2粉体与DMF的固液比为19.33mg/ml、硫脲粉体与DMF的固液比为23.85mg/ml；③将PEDOT:PSS滴到步骤①得到的洁净的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，退火，ITO基片上得到一层PEDOT:PSS薄膜，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS；④将步骤②制备的掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液滴在步骤③得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3；⑤将6,6-苯基-C61丁酸甲酯滴到步骤④得到的基片上并匀胶，然后烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM；⑥将步骤⑤得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到钙钛矿太阳能电池，记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM/Ag。
所述步骤①中ITO导电玻璃清洗时，依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中各超声清洗15分钟。
所述步骤③中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟3000转匀胶20秒；所述步骤④中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000转匀胶30秒；所述步骤⑤中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000转匀胶30秒。
所述步骤③中的退火是在100℃下退火50min；所述步骤④中的烘烤是在80℃烘烤1小时；所述步骤⑤中烘烤是在70℃烘烤9分钟。

Claims (5)

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：①将切好的ITO导电玻璃清洗，然后用氮气吹干，得到洁净的ITO基片；②掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液的制备：向DMF中加入CH3NH3I粉体和PbI2粉体，待搅拌均后再加入CdCl2粉体和硫脲粉体，搅拌均匀即得掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液；其中，CH3NH3I粉体和DMF的固液比为0.151~0.171g/ml、PbI2粉体与DMF的固液比为0.46~0.48g/ml、CdCl2粉体与DMF的固液比为17.33~19.33mg/ml、硫脲粉体与DMF的固液比为21.85~23.85mg/ml；③将PEDOT:PSS滴到步骤①得到的洁净的ITO基片上，而后匀胶，最后将匀胶好的ITO基片放到热台上，退火，ITO基片上得到一层PEDOT:PSS薄膜，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS；④将步骤②制备的掺有CdS的钙钛矿前驱体溶液滴在步骤③得到的基片上并匀胶，而后氮气环境下烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3；⑤将6,6-苯基-C61丁酸甲酯滴到步骤④得到的基片上并匀胶，然后烘烤，得到的基片记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM；⑥将步骤⑤得到的基片真空环境下蒸镀一层银电极即完成电池制作，最终得到钙钛矿太阳能电池，记为ITO/PEDOT:PSS/CdS:CH3NH3PbI3/PCBM/Ag。
2.如权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤①中ITO导电玻璃清洗时，依次在去离子水、无水乙醇、丙酮中各超声清洗5~20分钟。
3.如权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤③中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟3000~6500转匀胶10~50秒；所述步骤④中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000～2000转匀胶5~30秒；所述步骤⑤中匀胶时的具体操作是放置到匀胶机上以每分钟1000~1500转匀胶5~30秒。
4.如权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤③中的退火是在100~150℃下退火10~60min；所述步骤④中的烘烤是在50℃～100℃烘烤1~2小时；所述步骤⑤中烘烤是在60~90℃烘烤5~10分钟。
5.根据权利要求1－4任一项方法制得的钙钛矿太阳能电池。
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