CN105470399A - 基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 - Google Patents

基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法，本发明利用化合物2TPATPE作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，该材料具有高透光率和较好的成膜性，其螺旋桨状的分子构型可以有效抑制光活性层与空穴传输层间的紧密接触，降低界面处电荷复合的发生几率，从而提高钙钛矿太阳能电池的开路电压、电路电流密度和填充因子，最终实现钙钛矿太阳能电池的高能量转换效率，此外，该化合物较高的迁移率使我们可以不用通过掺杂离子添加剂就能获得具有高空穴迁移率的空穴传输层，在保证材料空穴传输性能的同时避免了由离子添加剂的亲水性引起的器件寿命问题，提高器件的稳定性。

Description

基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
【技术领域】
本发明属于半导体器件领域，具体涉及一种基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法。
【背景技术】
当前，随着工业和信息技术的持续革新，人类社会对能源的需求和消耗日渐增加，快速增长的能源需求加速了煤、石油等传统能源的耗竭，造成严重的环境污染。因此，开发利用多元化，清洁化的可再生能源是世界各国面临能源危机和环境污染时的共同选择。作为世界上最丰富的能量资源，太阳能以清洁、可再生以及取之不尽用之不竭的优势成为了新能源中的焦点。太阳能电池作为一种光电转换器件，其研究与应用已经受到越来越多的重视，如何实现廉价、高效的太阳能发电是人类不断追求的目标。与成本高昂的硅基太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池采用甲胺铅卤素钙钛矿材料CH3NH3PbX3(X＝Br,I)作为光活性层，具有光吸收系数大、转换效率高、成本低等优势，近年来迅速已发展成为新兴光伏技术的前沿，光电转化效率已突破20％，有望成为新一代最具市场潜力的高效率、低成本太阳能电池。
在钙钛矿太阳能电池中，空穴传输层的使用能有效地阻挡电子，增加阳极对空穴的收集，提高空穴在器件中的传输效率。然而目前在钙钛矿太阳能电池中应用最广的空穴传输材料Spiro-OMeTAD合成复杂，成本高，且载流子迁移率(约10-4cm2V-1s-1)和电导率(约10-5Scm2)较低，在制备电池器件时通常需要掺入诸如双三氟甲基磺酰亚胺锂Li-TFSI的P-型离子添加剂来生成自由载流子，提高其电导率，从而获得较高的太阳能电池能量转化效率。但是此类掺杂剂具有很强的亲水性，其暴露在湿度较大的环境中容易潮解，其中的水分子会破坏钙钛矿光活性层的晶格结构，从而降低了器件的稳定性，影响电池寿命。同时离子添加剂的使用增加了器件制作的成本和工艺的复杂性，这严重制约了钙钛矿太阳能电池商业化生产的实现，是目前钙钛矿太阳能电池领域面临的一个重要难题。
四苯基乙烯具有独特的螺旋桨状分子构型，当引入具有良好空穴传输性能的苯胺基团，可以获得具有高载流子迁移率的有机半导体材料。有文献报道化合物2TPATPE的薄膜场效应器件的迁移率可达2.6×10-3cm2V-1s-1，远远大于Spiro-OMeTAD，表明该化合物具有较好的载流子传输性能。在电致发光器件中，它可以同时作为发光层和空穴传输层，不但简化了器件结构，而且获得了高的亮度输出，说明化合物2TPATPE应用于光电器件中具有良好的成膜性和光电特性。另外，该化合物只需要简单的两步合成法就能得到，成本低且产率高，在400～800nm范围内有超过85％的高透光率，通过旋涂法就能获得高质量的薄膜，可以实现大面积薄膜制备。此外，该化合物还具有与CH3NH3PbI3钙钛矿材料相匹配的HOMO能级，其非共面的分子构型可以抑制钙钛矿活性层与空穴传输层的紧密接触，降低界面处电荷复合几率，目前还没有将该化合物用于钙钛矿太阳能电池的报道，因此其器件结构和制备技术是相对缺失的。
【发明内容】
本发明的目的在于克服目前钙钛矿太阳能电池所用空穴传输材料的不足，提供一种基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法，在提高钙钛矿太阳能电池能量转化效率的同时，改善钙钛矿太阳能电池的稳定性，简化制作工艺，降低成本。
为了达到上述目的，基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的衬底、阴极、电子传输层、光活性层、空穴传输层和阳极，空穴传输层采用四苯基乙烯衍生物2TPATPE。
所述衬底采用石英或玻璃，光从衬底一侧进入器件中。
所述电子传输层的厚度为80～100nm，光活性层的厚度为150～300nm，空穴传输层的厚度为100～300nm。
基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，将带有氟掺杂氧化锡FTO阴极的玻璃基片清洗干净后用氮气枪吹干；
步骤二，在吹干后的玻璃基片上淀积致密二氧化钛c-TiO2电子传输层；
步骤三，在二氧化钛c-TiO2电子传输层上涂覆CH3NH3PbI3的前驱体溶液形成CH3NH3PbI3光活性层；
步骤四，对CH3NH3PbI3光活性层进行退火；
步骤五，在退火后的CH3NH3PbI3光活性层上淀积2TPATPE空穴传输层；
步骤六，在2TPATPE空穴传输层上淀积Ag金属阳极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。
所述步骤二中，淀积致密二氧化钛c-TiO2电子传输层包括以下步骤：
第一步，将75％质量分数的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液用1-丁醇进行稀释，对稀释后的溶液超声处理10～20min获得浓度为0.15mol/L和0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
第二步，将c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片上，并在温度为100～500℃的热台上退火5～20min，形成c-TiO2电子传输层。
所述第二步中，c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片包括先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为150℃的热台上退火5min；
再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为4000～2000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为500℃的热台上退火15min，形成c-TiO2电子传输层。
所述步骤三中，涂覆CH3NH3PbI3前驱体溶液包括以下步骤：
第一步，根据体积比为3:7混合二甲基亚砜与γ-丁内酯，得到混合液；
第二步，将CH3NH3I溶解到混合液中，得到1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
第三步，将PbI2加入到1.2mol/L的CH3NH3I溶液中，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
第四步，将CH3NH3PbI3前驱体溶液旋涂在c-TiO2电子传输层上，旋涂环境为氮气气氛，旋涂时间为30～90s，旋涂转速为2000～6000r/min。
所述步骤四中，退火在氮气气氛下，温度为100℃的热台上退火20min。
所述步骤五中，淀积2TPATPE空穴传输层包括以下步骤：
第一步，将2TPATPE溶解在氯苯或氯仿中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯苯或氯仿溶液；
第二步，将2TPATPE氯苯或氯仿溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，形成2TPATPE空穴传输层，旋涂时的转速为2000～5000r/min，旋涂的时间为20～60s。
所述步骤六中，淀积Ag金属阳极的方法为，将步骤五所得到的玻璃基片转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10-4Pa，电流40A的条件下热蒸发厚度为100nm的Ag。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、提高了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性；
本发明利用化合物2TPATPE作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，该材料具有高透光率和较好的成膜性，其螺旋桨状的分子构型可以有效抑制光活性层与空穴传输层间的紧密接触，降低界面处电荷复合的发生几率，从而提高钙钛矿太阳能电池的开路电压、电路电流密度和填充因子，最终实现钙钛矿太阳能电池的高能量转换效率，此外，该化合物较高的迁移率使我们可以不用通过掺杂离子添加剂就能获得具有高空穴迁移率的空穴传输层，在保证材料空穴传输性能的同时避免了由离子添加剂的亲水性引起的器件寿命问题，提高器件的稳定性；
2、降低了钙钛矿太阳能电池的成本；
本发明使用旋涂化合物2TPATPE溶液的方法来制备空穴传输层，其操作简单，可以实现大面积薄膜制备；同时化合物2TPATPE只需要两步合成法就能得到，成本低廉，产率高且性质稳定，利于降低钙钛矿太阳能电池的成本；
相比其他空穴传输材料，本发明利用具有高迁移率的四苯基乙烯化合物2TPATPE作为空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池具有更好的性能。
【附图说明】
图1是本发明所采用空穴传输材料2TPATPE的分子结构图；
图2是本发明的钙钛矿太阳能电池结构示意图；
图3是本发明制备钙钛矿太阳能电池的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的衬底1、阴极2、电子传输层3、光活性层4、空穴传输层5和阳极6，其中空穴传输层5采用四苯基乙烯衍生物2TPATPE。
其中，衬底1采用厚度为1.9mm的石英或玻璃，入射光从衬底一侧进入器件中；
阴极2，采用厚度为1μm的氟掺杂氧化锡FTO，用于收集电子；
电子传输层3，采用厚度为80～100nm的致密二氧化钛c-TiO2，用于修饰界面，阻挡空穴，传输电子；
光活性层4，采用厚度为150～300nm的CH3NH3PbI3，用于有效地吸收入射光，并将光能转化为电能；
空穴传输层5，采用厚度为100～300nm的无掺杂四苯基乙烯化合物2TPATPE，用于阻挡电子，传输空穴，抑制其与光活性层4间的紧密接触，减少界面处载流子复合的发生几率，提高电池光电转化效率；
阳极6，采用厚度为100nm的金属Ag，用于收集空穴。
参见图2和图3，基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，将带有氟掺杂氧化锡FTO阴极的玻璃基片清洗干净后用氮气枪吹干；
步骤2，将质量分数75％的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液用1-丁醇进行稀释，对稀释后的溶液超声处理10～20min获得0.15mol/L和0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
步骤3，c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片包括先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为100～500℃的热台上退火5～20min；
步骤4，再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为4000～2000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为100～500℃的热台上退火5～20min，形成c-TiO2电子传输层；
步骤5，根据体积比为3:7混合二甲基亚砜与γ-丁内酯，得到混合液；
步骤6，将CH3NH3I溶解到混合液中，得到1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
步骤7，将PbI2加入到1.2mol/L的CH3NH3I溶液中，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
步骤8，将CH3NH3PbI3前驱体溶液旋涂在c-TiO2电子传输层上，旋涂环境为氮气气氛，旋涂时间为30～90s，旋涂转速为2000～6000r/min；
步骤9，对CH3NH3PbI3光活性层进行退火，退火在氮气气氛下，温度为100℃的热台上退火20min；
步骤10，将2TPATPE溶解在氯苯或氯仿中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯苯或氯仿溶液；
步骤11，将2TPATPE氯苯或氯仿溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，形成2TPATPE空穴传输层，旋涂时的转速为2000～5000r/min，旋涂的时间为20～60s；
步骤12，将步骤五所得到的玻璃基片转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10-4Pa，电流40A的条件下热蒸发厚度为100nm的Ag金属阳极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。
实施例1：
制作2TPATPE空穴传输层厚度为100nm的太阳能电池。
步骤1，清洗衬底基片；
将带有氟掺杂氧化锡FTO的1.9mm玻璃基片依次置于去离子水、丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗10min，清洗完成后用氮气枪吹干；
步骤2，在清洗后的衬底基片上淀积c-TiO2电子传输层；
2a)制备前驱体溶液：
先取1.464mL的75％质量分数的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液，向该溶液中加入18.536mL的1-丁醇进行稀释，对稀释后的溶液超声处理15min获得0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
再取2.928mL的75％质量分数的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液，向该溶液中加入18.536mL的1-丁醇稀释，对该稀释后的溶液超声处理15min获得0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
2b)旋涂c-TiO2前驱体溶液：
先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为150℃的热台上退火5min；
再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为4000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为500℃的热台上退火15min，形成厚度为80nm的c-TiO2电子传输层。
步骤3，在c-TiO2电子传输层上淀积CH3NH3PbI3光活性层；
3a)制备CH3NH3PbI3前驱体溶液：
先取953mgCH3NH3I溶解在4mL的二甲基亚砜与γ-丁内酯体积比为3:7的混合溶剂中，室温下搅拌至完全溶解，获得1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
再取2212mgPbI2加入到4mL上述CH3NH3I溶液中，在90℃下搅拌4h使其完全溶解，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
3b)旋涂CH3NH3PbI3前驱体溶液：
氮气气氛下，在c-TiO2电子传输层上旋涂CH3NH3PbI3的前驱体溶液，旋涂时的转速为5000r/min，旋涂时间为60s；再在温度为100℃的热台上退火20min，得到厚度为150nm的CH3NH3PbI3光活性层；
步骤4，在退火后的光活性层上淀积2TPATPE空穴传输层；
4a)制备2TPATPE溶液：
称取90mg的2TPATPE溶解在1mL的氯苯中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE的氯苯溶液；
4b)旋涂2TPATPE溶液：
将4a)所得的2TPATPE的氯苯溶液旋涂在光活性层上，旋涂时转速为5000r/min，旋涂时间为50s，得到厚度为100nm的2TPATPE空穴传输层。
步骤5，淀积Ag金属阳极；
将经过步骤4的基片转入金属蒸镀室中热蒸发Ag，本底真空度5×10-4Pa，电流40A，得到厚度为100nm的Ag金属阳极；
步骤6，器件测试与表征；
对制备好的器件在AM1.5G太阳光谱下进行光电响应测试；
通过上述步骤制备的基于无掺杂有机空穴传输层的平面结构钙钛矿太阳能电池，其器件有效面积为7mm2，测试得到器件的能量转化效率达到8.9％，开路电压为0.95V，短路电流密度为-18.74mA/cm2，填充因子为50％。
实施例2：
制作2TPATPE空穴传输层厚度为200nm的太阳能电池。
步骤一，将含有氟掺杂氧化锡FTO的1.9mm石英基片依次置于去离子水、丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗15min，清洗完成后用氮气枪吹干；
步骤二，在清洗后的衬底基片上淀积c-TiO2电子传输层；
2.1)制备前驱体溶液：
本步骤的具体实现与实施例1的步骤2a)相同；
2.2)旋涂c-TiO2前驱体溶液：
首先，在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为150℃的热台上退火5min；
然后，在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为3000r/min，时间为40s，并在温度为500℃的热台上退火15min，形成厚度为90nm的c-TiO2电子传输层；
步骤三，在c-TiO2电子传输层上淀积CH3NH3PbI3光活性层；
3.1)制备CH3NH3PbI3前驱体溶液：
本步骤的具体实现与实施例1的步骤3a)相同；
3.2)旋涂CH3NH3PbI3前驱体溶液：
在氮气气氛下，在c-TiO2电子传输层上旋涂CH3NH3PbI3的前驱体溶液，旋涂转速为4000r/min，旋涂时间为60s，并在温度为100℃的热台上退火20min，得到厚度为200nm的CH3NH3PbI3光活性层；
步骤四，在退火后的光活性层上淀积2TPATPE空穴传输层；
4.1)制备2TPATPE溶液：
本步骤的具体实现与实施例1的步骤4a)相同；
4.2)旋涂2TPATPE溶液：
将4.1)中所得的2TPATPE的氯苯溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，旋涂时转速为4000r/min，旋涂时间为50s，得到厚度为200nm的2TPATPE空穴传输层；
步骤五，将经过步骤四的基片转入金属蒸镀室中热蒸发Ag，本底真空度5×10-4Pa，电流40A，得到厚度为100nm的Ag金属阳极；
步骤六，对制备好的器件在AM1.5G太阳光谱下进行光电响应测试。
通过上述步骤制备的基于无掺杂有机空穴传输层的平面结构钙钛矿太阳能电池，其器件有效面积为7mm2，测试得到器件的能量转化效率达到11.03％，开路电压为0.86V，短路电流密度为-19.9mA/cm2，填充因子为64.4％。
实施例3：
制作2TPATPE空穴传输层厚度为300nm的太阳能电池。
步骤A，清洗衬底基片；
将含有氟掺杂氧化锡FTO的1.9mm玻璃基片依次置于去离子水、丙酮、无水乙醇和去离子水中超声清洗20min，清洗完成后用氮气枪吹干；
步骤B，在清洗后的衬底基片上淀积c-TiO2电子传输层；
B1)制备前驱体溶液：
本步骤的具体实现与实施例1的步骤2a)相同；
B2)旋涂c-TiO2前驱体溶液：
B21)在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为150℃的热台上退火5min；
B22)在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为2000r/min，时间为40s，并在温度为500℃的热台上退火15min，形成厚度为100nm的c-TiO2电子传输层；
步骤C，在c-TiO2电子传输层上淀积CH3NH3PbI3光活性层；
C1)制备CH3NH3PbI3前驱体溶液：
本步骤的具体实现与实施例1的步骤3a)相同；
C2)旋涂CH3NH3PbI3前驱体溶液：
氮气气氛下，在c-TiO2电子传输层上旋涂CH3NH3PbI3前驱体溶液，旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为60s，并在温度为100℃的热台上退火20min，得到厚度为300nm的CH3NH3PbI3光活性层；
步骤D，在退火后的光活性层上淀积2TPATPE空穴传输层；
D1)制备2TPATPE溶液：
称取90mg的2TPATPE溶解在1mL的氯仿中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯仿溶液；
D2)旋涂2TPATPE溶液：
将D1)中所得的2TPATPE的氯仿溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，旋涂时转速为3000r/min，旋涂时间为50s，得到厚度为300nm的2TPATPE空穴传输层；
步骤E，淀积Ag金属阳极；
将经过步骤D的基片转入金属蒸镀室中热蒸发Ag，本底真空度5×10-4Pa，电流40A，得到厚度为100nm的Ag金属阳极；
步骤F，器件测试与表征。
对制备好的器件在AM1.5G太阳光谱下进行光电响应测试。
通过上述步骤制备的基于无掺杂有机空穴传输层的平面结构钙钛矿太阳能电池，其器件有效面积为7mm2，测试得到器件的能量转化效率达到12.61％，开路电压为0.94V，短路电流密度为-19.87mA/cm2，填充因子为67.5％。
实施例4：
步骤1，将带有氟掺杂氧化锡FTO阴极的玻璃基片清洗干净后吹干；
步骤2，将质量分数75％的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液用1-丁醇进行稀释，稀释后的溶液超声处理10min获得0.15mol/L和0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
步骤3，c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片包括先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为100℃的热台上退火20min；
步骤4，再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为2000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为100℃的热台上退火20min，形成c-TiO2电子传输层；
步骤5，根据体积比为3:7混合二甲基亚砜与γ-丁内酯，得到混合液；
步骤6，将CH3NH3I溶解到混合液中，得到1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
步骤7，将PbI2加入到1.2mol/L的CH3NH3I溶液中，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
步骤8，将CH3NH3PbI3前驱体溶液旋涂在c-TiO2电子传输层上，旋涂环境为氮气气氛，旋涂时间为30～90s，旋涂转速为2000r/min；
步骤9，对CH3NH3PbI3光活性层进行退火，退火在氮气气氛下，温度为100℃的热台上退火20min；
步骤10，将2TPATPE溶解在氯苯中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯苯溶液；
步骤11，将2TPATPE氯苯溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，形成2TPATPE空穴传输层，旋涂时的转速为2000r/min，旋涂的时间为60s；
步骤12，将步骤五所得到的玻璃基片转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10-4Pa，电流40A的条件下热蒸发厚度为100nm的Ag金属阳极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。
实施例5：
步骤1，将带有氟掺杂氧化锡FTO阴极的玻璃基片清洗干净后吹干；
步骤2，将质量分数75％的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液用1-丁醇稀释，稀释后的溶液超声处理15min获得浓度为0.15mol/L和0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
步骤3，c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片包括先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为300℃的热台上退火12min；
步骤4，再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为300℃的热台上退火13min，形成c-TiO2电子传输层；
步骤5，根据体积比为3:7混合二甲基亚砜与γ-丁内酯，得到混合液；
步骤6，将CH3NH3I溶解到混合液中，得到1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
步骤7，将PbI2加入到1.2mol/L的CH3NH3I溶液中，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
步骤8，将CH3NH3PbI3前驱体溶液旋涂在c-TiO2电子传输层上，旋涂环境为氮气气氛，旋涂时间为30～90s，旋涂转速为4000r/min；
步骤9，对CH3NH3PbI3光活性层进行退火，退火在氮气气氛下，温度为100℃的热台上退火20min；
步骤10，将2TPATPE溶解在氯苯中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯苯溶液；
步骤11，将2TPATPE氯苯溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，形成2TPATPE空穴传输层，旋涂时的转速为4000r/min，旋涂的时间为40s；
步骤12，将步骤五所得到的玻璃基片转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10-4Pa，电流40A的条件下热蒸发厚度为100nm的Ag金属阳极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。
实施例6：
步骤1，将带有氟掺杂氧化锡FTO阴极的玻璃基片清洗干净后吹干；
步骤2，将质量分数为75％的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液用1-丁醇进行稀释，稀释后的溶液超声处理20min获得浓度为0.15mol/L和0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
步骤3，c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片包括先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为500℃的热台上退火5min；
步骤4，再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为4000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为500℃的热台上退火5min，形成c-TiO2电子传输层；
步骤5，根据体积比为3:7混合二甲基亚砜与γ-丁内酯，得到混合液；
步骤6，将CH3NH3I溶解到混合液中，得到1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
步骤7，将PbI2加入到1.2mol/L的CH3NH3I溶液中，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
步骤8，将CH3NH3PbI3前驱体溶液旋涂在c-TiO2电子传输层上，旋涂环境为氮气气氛，旋涂时间为30～90s，旋涂转速为2000r/min；
步骤9，对CH3NH3PbI3光活性层进行退火，退火在氮气气氛下，温度为100℃的热台上退火20min；
步骤10，将2TPATPE溶解在氯苯中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯苯溶液；
步骤11，将2TPATPE氯苯溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，形成2TPATPE空穴传输层，旋涂时的转速为5000r/min，旋涂的时间为20s；
步骤12，将步骤五所得到的玻璃基片转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10-4Pa，电流40A的条件下热蒸发厚度为100nm的Ag金属阳极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。

Claims (10)

1.基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次设置的衬底(1)、阴极(2)、电子传输层(3)、光活性层(4)、空穴传输层(5)和阳极(6)，光从衬底(1)一侧进入器件中，空穴传输层(5)采用四苯基乙烯衍生物2TPATPE。
2.根据权利要求1所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述衬底(1)采用石英或玻璃。
3.根据权利要求1所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层(3)的厚度为80～100nm，光活性层(4)的厚度为150～300nm，空穴传输层(5)的厚度为100～300nm。
4.权利要求1所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，将带有氟掺杂氧化锡FTO阴极的玻璃基片清洗干净后用氮气枪吹干；
步骤二，在吹干后的玻璃基片上淀积致密二氧化钛c-TiO2电子传输层；
步骤三，在二氧化钛c-TiO2电子传输层上涂覆CH3NH3PbI3的前驱体溶液形成CH3NH3PbI3光活性层；
步骤四，对CH3NH3PbI3光活性层进行退火；
步骤五，在退火后的CH3NH3PbI3光活性层上淀积2TPATPE空穴传输层；
步骤六，在2TPATPE空穴传输层上淀积Ag金属阳极，完成钙钛矿太阳能电池的制作。
5.根据权利要求4所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，淀积致密二氧化钛c-TiO2电子传输层包括以下步骤：
第一步，将75％质量分数的二乙酰丙酮基钛酸二异丙酯TiAc溶液用1-丁醇进行稀释，对稀释后的溶液超声处理10～20min获得浓度为0.15mol/L和0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液；
第二步，将c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片上，并在温度为100～500℃的热台上退火5～20min，形成c-TiO2电子传输层。
6.根据权利要求5所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述第二步中，c-TiO2前驱体溶液旋涂在氟掺杂氧化锡FTO阴极玻璃基片包括先在清洗后的衬底基片上第一次旋涂浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为5000r/min，旋涂时间为55s，并在温度为150℃的热台上退火5min；
再在旋涂过浓度为0.15mol/L的c-TiO2前驱体溶液的基片上第二次旋涂浓度为0.3mol/L的c-TiO2前驱体溶液，旋涂转速为4000～2000r/min，旋涂时间为40s，并在温度为500℃的热台上退火15min，形成c-TiO2电子传输层。
7.根据权利要求4所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤三中，涂覆CH3NH3PbI3前驱体溶液包括以下步骤：
第一步，根据体积比为3:7混合二甲基亚砜与γ-丁内酯，得到混合液；
第二步，将CH3NH3I溶解到混合液中，得到1.2mol/L的CH3NH3I溶液；
第三步，将PbI2加入到1.2mol/L的CH3NH3I溶液中，得到浓度为1.2mol/L的CH3NH3PbI3的前驱体溶液；
第四步，将CH3NH3PbI3前驱体溶液旋涂在c-TiO2电子传输层上，旋涂环境为氮气气氛，旋涂时间为30～90s，旋涂转速为2000～6000r/min。
8.根据权利要求4所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤四中，退火在氮气气氛下，温度为100℃的热台上退火20min。
9.根据权利要求4所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤五中，淀积2TPATPE空穴传输层包括以下步骤：
第一步，将2TPATPE溶解在氯苯或氯仿中，得到浓度为90mg/mL的2TPATPE氯苯或氯仿溶液；
第二步，将2TPATPE氯苯或氯仿溶液旋涂在CH3NH3PbI3光活性层上，形成2TPATPE空穴传输层，旋涂时的转速为2000～5000r/min，旋涂的时间为20～60s。
10.根据权利要求4所述的基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤六中，淀积Ag金属阳极的方法为，将步骤五所得到的玻璃基片转入到金属蒸镀室中，在真空度小于5×10-4Pa，电流40A的条件下热蒸发厚度为100nm的Ag。
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