CN105576134A - 一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳能电池由二氧化钛和二氧化锆双层介孔结构构成。其制备方法是：先用旋涂的方法制备双介孔层，即二氧化钛介孔层与二氧化锆介孔层，然后用两步旋涂法制备钙钛矿吸光层，之后采用丝网印刷法制备碳对电极，最后进行热压处理。本发明一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，避免使用昂贵的有机空穴传输材料以及在无空穴传输材料情况下电子传输层与碳对电极接触引起漏电，提高了钙钛矿太阳能电池的性能。

Description

一种双介孔层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领域，特别涉及一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池具有光电转换效率高，成本低，制备工艺简单等优势，是目前最具前景的新兴光伏器件。典型的钙钛矿结构自光阳极至光阴极依次是FTO/ITO导电玻璃、电子传输材料、钙钛矿、空穴传输材料、对电极。最常用的对电极是金/银，通过真空蒸镀的方法制备；空穴传输材料一般为有机物。无疑，贵金属和有机空穴传输材料提到了钙钛矿太阳能电池的制造成本，不利于钙钛矿太阳能电池的大规模应用以及商业化生产。
为了降低钙钛矿太阳能电池的成本，有人提出使用碳作为对电极，并且制造了无空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池，取得了较高的效率。但是由于没有空穴传输材料，容易造成电子输运材料与对电极相接触，造成漏电。华中科技大学HanHongwei课题组制作的介观钙钛矿太阳能电池，其中三层介孔层(二氧化钛层、二氧化锆层和碳层)均使用丝网印刷法制备，在介孔层制备完毕后用一步法滴涂钙钛矿溶液，最终得到钙钛矿太阳能电池[Ahole-conductor-free，fullyprintablemesoscopicperovskitesolarcellwithhighstability，《SCIENCE》，2014，345：295～298]。本发明则是先用旋涂法制备双介孔层，即二氧化钛介孔层与二氧化锆介孔层，然后用两步旋涂法制备钙钛矿吸光层，之后用丝网印刷法制备碳对电极，最后进行热压处理，即得到最终的太阳能电池。
发明内容
由于没有空穴传输材料，容易造成电子输运材料与对电极相接触。针对以上问题为制备双介孔层钙钛矿太阳能电池带来的困扰，本发明的目的之一在于提供一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
1.作为优选，本发明所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，钙钛矿太阳能电池的介孔层要制备两层介孔层，然后再采用两步旋涂法制备钙钛矿吸光层，丝网印刷碳对电极后进行热压处理，最终得到双介孔层钙钛矿太阳能电池。
2.作为优选，本发明所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，在二氧化钛致密层(cp-TiO2)上先制备一层二氧化钛(TiO2)介孔层，再制备二氧化锆(ZrO2)介孔层，最后再制备钙钛矿太阳能电池。
3.作为优选，本发明所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，二氧化钛介孔层采用浆料溶液旋涂的方法制备，转速从每分钟1000转到每分钟3000转，旋涂时间从30秒到90秒，二氧化钛层的厚度250纳米到450纳米，旋涂结束之后退火。
4.作为优选，本发明所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，二氧化锆介孔层采用浆料溶液旋涂的方法制备，转速从每分钟1000转到每分钟3000转，旋涂时间从30秒到90秒，二氧化锆层的厚度250纳米到450纳米，旋涂结束之后退火。
5.作为优选，本发明所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，在双介孔层上用两步旋涂法制备钙钛矿(CH3NH3PbI3)吸光层，其中第一步旋涂碘化铅溶液，然后加热，加热温度为70℃到120℃，加热时间从10分钟到60分钟，第二步旋涂甲基碘化铵溶液，然后加热，加热温度为70℃到120℃，加热时间从10分钟到60分钟，最终得到钙钛矿吸光层。
6.作为优选，本发明所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，在丝网印刷碳对电极后进行热压处理，压力范围从0.05MPa到0.5MPa，温度范围从100℃到150℃，热压时间范围为1秒到60秒。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为实施例3制得的双介孔层电池的横截面的扫描电子显微镜照片；
图2为实施例3得到的太阳能电池的电流-电压曲线。
具体实施方式：
为了便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为本发明的具体限制。
实施例1
1)介孔层的制备
将涂有致密层的FTO导电玻璃置于于匀胶机上，在其表面滴上二氧化钛旋涂浆料以每分钟1000转的转速旋涂30s，500℃退火30分钟，之后再将其置于于匀胶机上，在其表面滴上二氧化锆旋涂浆料以每分钟1000转的转速旋涂30s，500℃退火30分钟。
2)电池其它部分的制备
电池其他部分的制备采用本领域常用的制备方法，具体如下：
将FTO导电玻璃切割成规格为1.5×1.5平方厘米的正方形，并将切的FTO导电玻璃清洗干净，将不需要涂膜的地方遮掩住，在FTO导电玻璃表面旋涂酸性异丙醇钛的异丙醇溶液，制备致密二氧化钛层，然后按照方法1)制备介孔层，之后旋涂碘化铅溶液，然后加热，加热温度为70℃，加热时间为10分钟，随后旋涂甲基碘化铵溶液，然后加热，加热温度为70℃，加热时间为10分钟，最终得到钙钛矿吸光层，然后丝网印刷碳对电极，待碳对电极加热固化后对电池进行热压处理，压力为0.05MPa，温度100℃，热压时间范围为1秒。
实施例2
1)介孔层的制备
将涂有致密层的FTO导电玻璃置于于匀胶机上，在其表面滴上二氧化钛旋涂浆料以每分钟3000转的转速旋涂90s，500℃退火30分钟，之后再将其置于于匀胶机上，在其表面滴上二氧化锆旋涂浆料以每分钟3000转的转速旋涂90s，500℃退火30分钟。
2)电池其它部分的制备
电池其他部分的制备采用本领域常用的制备方法，具体如下：
将FTO导电玻璃切割成规格为1.5×1.5平方厘米的正方形，并将切的FTO导电玻璃清洗干净，将不需要涂膜的地方遮掩住，在FTO导电玻璃表面旋涂酸性异丙醇钛的异丙醇溶液，制备致密二氧化钛层，然后按照方法1)制备介孔层，之后旋涂碘化铅溶液，然后加热，加热温度为120℃，加热时间为60分钟，随后旋涂甲基碘化铵溶液，然后加热，加热温度为120℃，加热时间为60分钟，最终得到钙钛矿吸光层，然后丝网印刷碳对电极，待碳对电极加热固化后对电池进行热压处理，压力为0.5MPa，温度150℃，热压时间为60秒。
实施例3
1)介孔层的制备
将涂有致密层的FTO导电玻璃置于于匀胶机上，在其表面滴上二氧化钛旋涂浆料以每分钟2000转的转速旋涂60s，500℃退火30分钟，之后再将其置于于匀胶机上，在其表面滴上二氧化锆旋涂浆料以每分钟2000转的转速旋涂60s，500℃退火30分钟。
2)太阳能电池其它部分的制备
电池其他部分的制备采用本领域常用的制备方法，具体如下：
将FTO导电玻璃切割成规格为1.5×1.5平方厘米的正方形，并将切的FTO导电玻璃清洗干净，将不需要涂膜的地方遮掩住，在FTO导电玻璃表面旋涂酸性异丙醇钛的异丙醇溶液，制备致密二氧化钛层，然后按照方法1)制备介孔层，之后旋涂碘化铅溶液，然后加热，加热温度为100℃，加热时间为30分钟，随后旋涂甲基碘化铵溶液，然后加热，加热温度为100℃，加热时间为30分钟，最终得到钙钛矿吸光层，然后丝网印刷碳对电极，待碳对电极加热固化后对电池进行热压处理，压力为0.2MPa，温度120℃，热压时间为5秒，图1为本实施例制得的双介孔层太阳能电池横截面的扫描电子显微镜照片。
3)太阳能电池测试
强度为100mW/cm2(AM1.5)的模拟太阳光从钙钛矿太阳能电池的光阳极进入，用Keithley2420数字源表记录电池的光电流-电压曲线。太阳光模拟器(OrielNewport，150W，AM1.5)作为光源，光强用标准硅参比电池(OrielNewportPN91150V)校准。
双介孔层钙钛矿太阳能电池在100mW/cm2的模拟光照射下的光电流-电压曲线如图2所示。从图2可以看出，该双介孔层钙钛矿太阳能电池的开路电压为799mV，短路光电流为5.46mA/cm2，填充因子为41％，光电转换效率为1.77％。
以上详细描述了本发明的实施方式，但是，本发明并不限于上述实施中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变形，这些简单变形均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，本发明的任何改进，对本发明的产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

Claims (6)

1.一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，钙钛矿太阳能电池的介孔层要制备两层介孔层，然后再采用两步旋涂法制备钙钛矿吸光层，丝网印刷碳对电极后进行热压处理，最终得到双介孔层钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，在致密层上先制备一层二氧化钛介孔层，再制备二氧化锆介孔层，最后再制备钙钛矿太阳能电池。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，二氧化钛介孔层采用浆料溶液旋涂的方法制备，转速从每分钟1000转到每分钟3000转，旋涂时间从30秒到90秒，二氧化钛层的厚度250纳米到450纳米，旋涂结束之后退火。
4.根据权利要求1和权利要求2所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，二氧化锆介孔层采用浆料溶液旋涂的方法制备，转速从每分钟1000转到每分钟3000转，旋涂时间从30秒到90秒，二氧化锆层的厚度250纳米到450纳米，旋涂结束之后退火。
5.根据权利要求1所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，在双介孔层上用两步旋涂法制备钙钛矿吸光层，其中第一步旋涂碘化铅溶液，然后加热，加热温度为70℃到120℃，加热时间从10分钟到60分钟，第二步旋涂甲基碘化胺溶液，然后加热，加热温度为70℃到120℃，加热时间从10分钟到60分钟，最终得到钙钛矿吸光层。
6.根据权利要求1所述的一种双介孔层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于，在丝网印刷碳对电极后进行热压处理，压力范围从0.05MPa到0.5MPa，温度范围从100℃到150℃，热压时间范围为1秒到60秒。
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