CN105609647A - 一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents

一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105609647A
CN105609647A CN201510999666.7A CN201510999666A CN105609647A CN 105609647 A CN105609647 A CN 105609647A CN 201510999666 A CN201510999666 A CN 201510999666A CN 105609647 A CN105609647 A CN 105609647A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silver
copper
solar cell
nucleocapsid structure
nano wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201510999666.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105609647B (zh
Inventor
兰章
吴季怀
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaqiao University
Original Assignee
Huaqiao University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huaqiao University filed Critical Huaqiao University
Priority to CN201510999666.7A priority Critical patent/CN105609647B/zh
Publication of CN105609647A publication Critical patent/CN105609647A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105609647B publication Critical patent/CN105609647B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，先合成银-铜核壳结构同轴异质纳米线，将此纳米线分散在乙醇溶液中；再将银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液涂覆到含二氧化钛致密层的导电玻璃上，热处理使铜壳转变成氧化铜并使银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线牢固粘附在导电玻璃上；再填充二氧化锆量子点颗粒，经过烘干后，置于氩气气氛下热处理；最后将银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中氧化铜壳和银核分步刻蚀掉，往其中分步填充钙钛矿前驱体和空穴传输材料，经过氩气气氛下热处理，再蒸镀上金或银膜，形成钙钛矿太阳能电池。本发明制备方法简单，所制备的太阳能电池可获得较高的光电转换效率和良好的长期稳定性。

Description

一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明涉及化学太阳能电池新材料领域，尤其是涉及钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是一种新型太阳能电池，经过短短几年的发展，其光电转换效率由最初报道的3％左右迅速提高到目前20％左右的水平。同时，该类电池还具有低成本、制备工艺简单、光电转换效率高等特点，因此具有良好的应用前景，有望替代现有高成本太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池由最初报道的以钙钛矿量子点为敏化剂类似于量子点或染料敏化太阳能电池的结构演变成类似金属肖特基结太阳能电池、平面异质结、或将钙钛矿材料灌注到构建好的电子传输层—绝缘层—空穴或碳传输层孔洞中。不同结构对电池性能影响很大，其中效率最高的是平面异质结钙钛矿太阳能电池。在平面异质结钙钛矿太阳能电池中，电子和空穴要穿过各自传输材料层才能到达外电路。在传输过程中，复合反应会降低电池光电转换效率，特别是各关键材料层较厚时，暗反应更为严重。同时，该结构电池制备工艺复杂。
因此，探索一种采用简单方法就可以制备的新型钙钛矿太阳能电池结构，同时又能获得较高的光电转换效率和良好的长期稳定性是该类太阳能电池走向实用化的关键技术。体异质结在有机太阳能电池中已经被证明是一种高效的电池结构。同轴异质结类似于体异质结，但比体异质结更加有序。将这种结构引入到钙钛矿太阳能电池中，有望实现光生电子快速分离和传输。
有鉴于此，本工艺方法在经过一系列的研究和试验的基础上，开发出一种新型同轴异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本案由此产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，其方法简单，且所制备的太阳能电池具有较高的光电转换效率和良好的长期稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备步骤如下：
第一步，合成长径比为100～500的银-铜核壳结构同轴异质纳米线，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线分散在乙醇溶液中，得到浓度为10～100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液；
第二步，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液涂覆到表面具有30～50nm厚二氧化钛致密层的导电玻璃上，在空气气氛中50～200℃热处理0.5～1.5h，使银-铜核壳结构同轴异质纳米线中的铜壳转变成氧化铜壳，并使所得的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线牢固粘附在导电玻璃上；
第三步，往此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线的间隙中填充粒径为2～5nm的二氧化锆量子点颗粒，经过空气气氛中50～100℃烘干后，置于氩气气氛下300～500℃热处理0.5～1.5h；
第四步，将此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中的氧化铜壳和银核分步刻蚀掉，往其中分步填充钙钛矿前驱体和空穴传输材料，经过氩气气氛下100～150℃热处理0.5～1.5h，钙钛矿前驱体和空穴传输材料分别形成钙钛矿层和空穴传输层，再蒸镀上金或银膜，形成同轴异质结钙钛矿太阳能电池。
上述第一步具体如下：以市售的长径比为100～500的银纳米线为模板，将其分散在浓度为1～10mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，所得的分散液体积为100mL；往其中添加浓度为0.1～1mol/L的氯化铜水溶液25ml和1.5～15mol/L的氢氧化钠的水溶液25mL；室温下充分搅拌0.5～1h后，往混合液中加入浓度为1～5mg/mL的水合肼水溶液10mL；继续搅拌0.5～1h后，将混合液用4000转/分离心10min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到浓度为10～100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液。
上述第四步中，所述分步刻蚀采用的试剂为氯化铵和硝酸铁。
所制备的同轴异质结钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层填充在二氧化锆膜内的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中氧化铜壳被刻蚀后留下的纳米管道中，空穴传输层填充在二氧化锆膜内的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中银核被刻蚀后留下的纳米管道中，使钙钛矿层和空穴传输层分别替换原模板中的壳核部分，形成新的同轴异质结。
采用上述方案后，本发明采用分步刻蚀被致密二氧化锆膜包覆的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中的氧化铜壳和银核，并分步填充钙钛矿前驱体和空穴传输材料，用钙钛矿层和空穴传输层分别替换核壳结构同轴异质纳米线中的壳和核，形成钙钛矿—空穴传输材料核壳结构同轴异质纳米线三维网络结构。本发明制备方法简单，且钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料与空穴传输材料以壳—核结构存在于同一纳米线中，有利于光生电子快速分离及电子和空穴快速传输，同时钙钛矿前驱体和空穴传输材料被二氧化锆致密膜包覆，有利于提高电池稳定性。通过本发明方法所制备的太阳能电池具有较高的光电转换效率和良好的长期稳定性。此外，本发明方法也可用于制备P-N核壳结构同轴异质结太阳能电池。
具体实施方式
实施例一：
本发明一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备步骤如下：
第一步，以市售的长径比为400的银纳米线为模板，将其分散在浓度为5mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，所得的分散液体积为100mL；往其中添加浓度为0.5mol/L的氯化铜水溶液25mL和7.5mol/L的氢氧化钠水溶液25mL；室温下充分搅拌1h后，所到混合液，往此混合液中加入浓度为2.5mg/mL的水合肼水溶液10mL；继续搅拌1h后，将此混合液用4000转/分离心10min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到浓度为50mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液；
第二步，准备表面具有30～50nm厚的二氧化钛致密层的导电玻璃，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液涂覆到此导电玻璃上具有所述二氧化钛致密层的一面，形成0.8μm厚的银-铜核壳结构同轴异质纳米线膜，在150℃空气气氛中热处理1h使银-铜核壳结构同轴异质纳米线中的铜壳转变成氧化铜壳，并使所得的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线牢固粘附在此导电玻璃上；
第三步，往此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线的间隙中填充平均粒径为3nm的二氧化锆量子点颗粒，经过100℃空气气氛中烘干后，置于450℃氩气气氛下热处理0.5h，使二氧化锆量子点形成二氧化锆致密膜；
第四步，将此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中的氧化铜壳用5mol/L氯化铵水溶液刻蚀24h，刻蚀去氧化铜壳并在二氧化锆致密膜中留下第一管状模板，经过80℃真空烘箱烘12h后，往第一管状模板旋涂浓度为1.5mol/L的PbI2(碘化铅)和1.5mol/L的CH3NH3I(甲基碘化铵)的DMSO(二甲基亚砜)混合溶液；将银核用5mol/L硝酸铁的异丙醇溶液刻蚀24h，刻蚀去银核并在二氧化锆致密膜中留下第二管状模板，经过80℃真空烘箱烘12h后，往第二管状模板旋涂浓度为3mg/mL的P3HT(聚3-乙基噻吩)邻二氯苯溶液；经过100℃氩气气氛下热处理0.5h，再蒸镀上金膜，形成同轴异质结钙钛矿太阳能电池。该电池在AM1.5和100mW·cm-2标准太阳光下测试，光电转换效率达到16.3％。
实施例二：
本发明一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备步骤如下：
第一步，以市售的长径比为350的银纳米线为模板，将其分散在浓度为5mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，所得的分散液体积为100mL；往其中添加浓度为1mol/L的氯化铜水溶液25mL和15mol/L的氢氧化钠水溶液25mL；室温下充分搅拌1h后，所到混合液，往此混合液中加入浓度为2.5mg/mL的水合肼水溶液10mL；继续搅拌1h后，将此混合液用4000转/分离心10min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到浓度为100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液；
第二步，准备表面具有30～50nm厚的二氧化钛致密层的导电玻璃，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液涂覆到此导电玻璃上具有所述二氧化钛致密层的一面，形成1.2μm厚的银-铜核壳结构同轴异质纳米线膜，在120℃空气气氛中热处理1h使银-铜核壳结构同轴异质纳米线中的铜壳转变成氧化铜壳，并使所得的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线牢固粘附在此导电玻璃上；
第三步，往此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线的间隙中填充平均粒径为5nm的二氧化锆量子点颗粒，经过100℃空气气氛中烘干后，置于450℃氩气气氛下热处理0.5h，使二氧化锆量子点形成二氧化锆致密膜；
第四步，将此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中的氧化铜壳用5mol/L氯化铵水溶液刻蚀24h，刻蚀去氧化铜壳并在二氧化锆致密膜中留下第一管状模板，经过80℃真空烘箱烘12h后，往第一管状模板旋涂浓度为1.5mol/L的PbI2(碘化铅)和1.5mol/L的CH3NH3I(甲基碘化铵)的DMSO(二甲基亚砜)混合溶液；将银核用5mol/L硝酸铁的异丙醇溶液刻蚀24h，刻蚀去银核并在二氧化锆致密膜中留下第二管状模板，经过80℃真空烘箱烘12h后，往第二管状模板旋涂浓度为3mg/mL的CuSCN乙二硫醇溶液；经过100℃氩气气氛下热处理0.5h，再蒸镀上金膜，形成同轴异质结钙钛矿太阳能电池。该电池在AM1.5和100mW·cm-2标准太阳光下测试，光电转换效率达到13.8％。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的保护范围的限定，凡依本案的设计思路所做的等同变化，均落入本案的保护范围。

Claims (4)

1.一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
第一步，合成长径比为100～500的银-铜核壳结构同轴异质纳米线，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线分散在乙醇溶液中，得到浓度为10～100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液；
第二步，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液涂覆到表面具有30～50nm厚二氧化钛致密层的导电玻璃上，在空气气氛中50～200℃热处理0.5～1.5h使银-铜核壳结构同轴异质纳米线中的铜壳转变成氧化铜壳，并使所得的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线牢固粘附在导电玻璃上；
第三步，往此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线的间隙中填充粒径为2～5nm的二氧化锆量子点颗粒，经过空气气氛中50～100℃烘干后，置于氩气气氛下300～500℃热处理0.5～1.5h；
第四步，将此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中的氧化铜壳和银核分步刻蚀掉，往其中分步填充钙钛矿前驱体和空穴传输材料，经过氩气气氛下100～150℃热处理0.5～1.5h，钙钛矿前驱体和空穴传输材料分别形成钙钛矿层和空穴传输层，再蒸镀上金或银膜，形成同轴异质结钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：上述第一步具体如下：以市售的长径比为100～500的银纳米线为模板，将其分散在浓度为1～10mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，所得的分散液体积为100mL；往其中添加浓度为0.1～1mol/L的氯化铜水溶液25ml和1.5～15mol/L的氢氧化钠的水溶液25mL；室温下充分搅拌0.5～1h后，往混合液中加入浓度为1～5mg/mL的水合肼水溶液10mL；继续搅拌0.5～1h后，将混合液用4000转/分离心10min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到浓度为10～100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液。
3.如权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：上述第四步中，所述分步刻蚀采用的试剂为氯化铵和硝酸铁。
4.如权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所制备的同轴异质结钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层填充在二氧化锆膜内的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中氧化铜壳被刻蚀后留下的纳米管道中，空穴传输层填充在二氧化锆膜内的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中银核被刻蚀后留下的纳米管道中，使钙钛矿层和空穴传输层分别替换原模板中的壳核部分，形成新的同轴异质结。
CN201510999666.7A 2015-12-28 2015-12-28 一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法 Active CN105609647B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510999666.7A CN105609647B (zh) 2015-12-28 2015-12-28 一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510999666.7A CN105609647B (zh) 2015-12-28 2015-12-28 一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105609647A true CN105609647A (zh) 2016-05-25
CN105609647B CN105609647B (zh) 2018-03-09

Family

ID=55989403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510999666.7A Active CN105609647B (zh) 2015-12-28 2015-12-28 一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105609647B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065725A (zh) * 2018-07-19 2018-12-21 陕西师范大学 一种在钙钛矿层加入表面活性剂制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法
CN110993795A (zh) * 2019-11-29 2020-04-10 南京邮电大学 基于氧化铜量子点界面层的太阳能电池及界面层的制备方法
CN111261788A (zh) * 2020-01-20 2020-06-09 重庆科技学院 一种太阳能电池的制作方法及溶胶法制备壳层的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015031944A1 (en) * 2013-09-04 2015-03-12 Dyesol Ltd A photovoltaic device
CN104795498A (zh) * 2015-04-08 2015-07-22 华中科技大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺
US20150287852A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 The Hong Kong Polytechnic University Crystal Control and Stability for High-Performance Perovskite Solar Cell
CN105047822A (zh) * 2015-06-12 2015-11-11 苏州捷迪纳米科技有限公司 一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015031944A1 (en) * 2013-09-04 2015-03-12 Dyesol Ltd A photovoltaic device
US20150287852A1 (en) * 2014-04-03 2015-10-08 The Hong Kong Polytechnic University Crystal Control and Stability for High-Performance Perovskite Solar Cell
CN104795498A (zh) * 2015-04-08 2015-07-22 华中科技大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池的制备工艺
CN105047822A (zh) * 2015-06-12 2015-11-11 苏州捷迪纳米科技有限公司 一种柔性纤维状钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109065725A (zh) * 2018-07-19 2018-12-21 陕西师范大学 一种在钙钛矿层加入表面活性剂制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池的方法
CN110993795A (zh) * 2019-11-29 2020-04-10 南京邮电大学 基于氧化铜量子点界面层的太阳能电池及界面层的制备方法
CN111261788A (zh) * 2020-01-20 2020-06-09 重庆科技学院 一种太阳能电池的制作方法及溶胶法制备壳层的方法
CN111261788B (zh) * 2020-01-20 2023-04-07 重庆科技学院 一种太阳能电池的制作方法及溶胶法制备壳层的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN105609647B (zh) 2018-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Liu et al. Graphene quantum dots for energy storage and conversion: from fabrication to applications
Hou et al. A band‐edge potential gradient heterostructure to enhance electron extraction efficiency of the electron transport layer in high‐performance perovskite solar cells
Fan et al. Spray-coated monodispersed SnO2 microsphere films as scaffold layers for efficient mesoscopic perovskite solar cells
Bai et al. High-performance planar heterojunction perovskite solar cells: Preserving long charge carrier diffusion lengths and interfacial engineering
CN105469996B (zh) 一种基于金属纳米粒子界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN102447064B (zh) 一种聚合物太阳能电池及其制备方法
CN104916782B (zh) 采用表面等离激元效应的倒置太阳电池结构及制备方法
CN104900856B (zh) 一种基于纳米硫的锂硫电池用正极复合材料及制备方法
CN108054282A (zh) 锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层反置钙钛矿太阳能电池及制备方法
Wu et al. Branched titania nanostructures for efficient energy conversion and storage: A review on design strategies, structural merits and multifunctionalities
Cai et al. Enhanced hole extraction by NiO nanoparticles in carbon-based perovskite solar cells
CN103839687B (zh) 一种叠层染料敏化太阳电池
CN109980097A (zh) 一种薄膜的制备方法与qled器件
Zhang et al. Perovskite thin film solar cells based on inorganic hole conducting materials
CN105609647A (zh) 一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法
Xia et al. Black phosphorus induced photo-doping for high-performance organic-silicon heterojunction photovoltaics
CN106935708B (zh) 一种基于花生状金-硫化铜核壳纳米棒的有机太阳能电池宽频带光吸收层薄膜及其制备方法
CN105405975B (zh) 具有核壳结构的Cu@Cu‑Au纳米颗粒及其制备方法和应用
JPWO2018056295A1 (ja) 太陽電池
Zhang et al. Enhancing perovskite quality and energy level alignment of TiO2 nanorod arrays-based solar cells via interfacial modification
Qiao et al. Molybdenum disulfide/silver/p-silicon nanowire heterostructure with enhanced photoelectrocatalytic activity for hydrogen evolution
CN107994122A (zh) 锌掺杂氧化镍纳米颗粒空穴传输层正置钙钛矿太阳能电池及制备方法
Obaidullah et al. Single-and multi-walled carbon nanotubes for solar cell applications
Xia et al. Mesoporous CdS spheres for high-performance hybrid solar cells
KR101191527B1 (ko) 나노 산화구리 물질을 첨가한 유기 박막 및 이를 이용한 전자 소자

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant