CN105655489A - 一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法：首先将透明导电基底置于载物台上，喷涂电子传输层；之后采用连续喷涂法制备钙钛矿光吸收层：首先在电子传输层上喷涂PbI2溶液，在70~90℃条件下加热30min；然后继续喷涂CH3NH3I溶液，在90~110℃条件下加热120min；之后冷却至室温后，用异丙醇清洗并烘干；然后喷涂空穴传导层；最后喷涂银纳米线/石墨烯制备对电极。本发明通过调整喷涂工艺参数，实现大面积钙钛矿太阳能电池的制备，制备方法简单易行，能够实现低成本的高效钙钛矿太阳能电池的制备，具有良好的产业化前景。

Description

一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法。
背景技术
目前，由于有机-金属卤化物(CH3NH3PbX3)具有类似钛酸钙(ABX3)的晶体结构，具有优异的光吸收能力、可观的双极性载流子迁移率、超长电子-空穴扩散长度，并且可以通过调节材料组分来调节其带隙宽度，被认为是一种极具应用前景的光伏材料。
钙钛矿太阳能电池是以具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物(CH3NH3PbX3)作为核心光吸收、光电转换、光生载流子输运材料的太阳能电池。钙钛矿型有机-金属卤化物(CH3NH3PbX3)具有优异的光吸收能力、可观的双极性载流子迁移率、超长电子-空穴扩散长度，能高效吸收从可见光到波长800nm的广谱光，具有很高的光电转换效率，它已然成为当今光伏领域内最重要的研究热点之一。
同时，具有钙钛矿结构的有机-金属卤化物(CH3NH3PbX3)还具有自组装的特性，合成简易，适合采用溶液法制备钙钛矿薄膜。在实际研究中，旋涂法因其成膜质量较高，成膜厚度、内部结构及表面形貌性能较好，便于控制，且可重复性好等特点，目前在实验室研究领域占主流地位。但是，旋涂法只适于用于较小的衬底（一般不超过300mm），而且材料浪费率高，无法应用于大面积器件的制备，因而限制了钙钛矿太阳能电池的产业化发展。
发明内容
为克服现有技术中的上述问题，本发明提供了一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法，通过调整喷涂工艺参数，实现大面积钙钛矿太阳能电池的制备，制备方法简单易行，具有良好的产业化前景。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下步骤：
（1）将透明导电基底置于载物台上，喷涂TiO2溶液，制备得到20nm厚度电子传输层；
（2）采用连续喷涂法制备钙钛矿光吸收层：首先在电子传输层上喷涂浓度为0.5-1mol/L的PbI2溶液，喷涂结束后将其置于加热台上，在70~90℃条件下加热30min；然后继续喷涂浓度为10-50mg/mL的CH3NH3I溶液，喷涂结束后再次置于加热台上，在90~110℃条件下加热120min，制备得到300~50nm厚度的钙钛矿光吸收层；之后冷却至室温后，用异丙醇清洗并烘干；
（3）在钙钛矿光吸收层上喷涂Spiro-MEOTAD溶液，制备得到150-250nm厚度的空穴传导层；
（4）在空穴传导层上喷涂银纳米线的醇溶液或者石墨烯，制备得到80-200nm厚度的对电极，如此制得钙钛矿太阳能电池。
优选地，所述透明导电基底为FTO玻璃基板。
进一步地，在电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传导层、以及对电极的喷涂过程中，FTO玻璃基板均吸附于载物台上，并保持匀速转动。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明采用喷涂法制备钙钛矿太阳能电池，通过调整喷涂工艺参数，实现大面积钙钛矿太阳能电池的制备，该制备方法简单易行，具有良好的产业化前景。
（2）本发明在钙钛矿光吸收层的制备过程中，先喷涂PbI2层，加热后再喷涂CH3NH3I层，采用分步溶液喷涂法，确保膜层具有良好的可重复性和可控性，并且可以根据需要控制光吸收层的厚度。
（3）本发明在钙钛矿光吸收层制备完成后，采用异丙醇进行清洗，洗去未反应完全的碘甲胺（CH3NH3I），以免未反应完全的碘甲胺增加界面电阻。
附图说明
图1为本发明制备的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
附图中的各标号分别表示为：1-FTO玻璃基板，2-电子传输层，3-钙钛矿光吸收层，4-空穴传导层，5-对电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。
实施例1
如图1所示，将FTO玻璃基板置于载物台上喷涂TiO2溶液，制备得到20nm厚度的电子传输层；在电子传输层上喷涂浓度为0.5mol/L的PbI2溶液，置于加热台上加热至70℃，加热30min，制备得到PbI2薄膜；然后继续喷涂浓度为20mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加热台上加热至90℃，加热120min，制备得到300nm厚度的CH3NH3PbI3薄膜即钙钛矿光吸收层；待基板冷却至室温后，用异丙醇清洗基板并烘干；喷涂Spiro-MEOTAD溶液，制备得到200nm的空穴传导层；最后喷涂银纳米线/石墨烯的醇溶液，并在100℃下加热5min，制备得到100nm的对电极，如此制得钙钛矿太阳能电池；在喷涂过程中FTO玻璃基板吸附于载物台上并保持匀速转动，确保涂层均匀平整。
实施例2
将FTO玻璃基板置于载物台上喷涂TiO2溶液，制备得到20nm厚度的电子传输层；在电子传输层上喷涂浓度为0.8mol/L的PbI2溶液，置于加热台上加热至80℃，加热30min，制备得到PbI2薄膜；然后继续喷涂浓度为40mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加热台上加热至100℃，加热120min，制备得到400nm厚度的CH3NH3PbI3薄膜即钙钛矿光吸收层；待基板冷却至室温后，用异丙醇清洗基板并烘干；喷涂Spiro-MEOTAD溶液，制备得到200nm的空穴传导层；最后喷涂银纳米线/石墨烯的醇溶液，并在100℃下加热5min，制备得到100nm的对电极，如此制得钙钛矿太阳能电池；在喷涂过程中FTO玻璃基板吸附于载物台上并保持匀速转动，确保涂层均匀平整。
实施例3
将FTO玻璃基板置于载物台上喷涂TiO2溶液，制备得到20nm厚度的电子传输层；在电子传输层上喷涂浓度为1mol/L的PbI2溶液，置于加热台上加热至90℃，加热30min，制备得到PbI2薄膜；然后继续喷涂浓度为50mg/mL的CH3NH3I溶液，置于加热台上加热至110℃，加热120min，制备得到500nm厚度的CH3NH3PbI3薄膜即钙钛矿光吸收层；待基板冷却至室温后，用异丙醇清洗基板并烘干；喷涂Spiro-MEOTAD溶液，制备得到200nm的空穴传导层；最后喷涂石墨烯，并在100℃下加热5min，制备得到150nm的对电极，如此制得钙钛矿太阳能电池；在喷涂过程中FTO玻璃基板吸附于载物台上并保持匀速转动，确保涂层均匀平整。
通过调整喷涂工艺参数，实现可大面积钙钛矿太阳能电池的制备，该制备方法简单易行，能够实现低成本的高效钙钛矿太阳能电池的制备，具有良好的产业化前景。
上述实施例仅为本发明的优选实施例，并非对本发明保护范围的限制，但凡采用本发明的设计原理，以及在此基础上进行非创造性劳动而作出的变化，均应属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将透明导电基底置于载物台上，喷涂TiO2溶液，制备得到20nm厚度电子传输层；
（2）采用连续喷涂法制备钙钛矿光吸收层：首先在电子传输层上喷涂浓度为0.5-1mol/L的PbI2溶液，喷涂结束后将其置于加热台上，在70~90℃条件下加热30min；然后继续喷涂浓度为10-50mg/mL的CH3NH3I溶液，喷涂结束后再次置于加热台上，在90~110℃条件下加热120min，制备得到300~50nm厚度的钙钛矿光吸收层；之后冷却至室温后，用异丙醇清洗并烘干；
（3）在钙钛矿光吸收层上喷涂Spiro-MEOTAD溶液，制备得到150-250nm厚度的空穴传导层；
（4）在空穴传导层上喷涂银纳米线的醇溶液或者石墨烯，制备得到80-200nm厚度的对电极，如此制得钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述透明导电基底为FTO玻璃基板。
3.根据权利要求1~2任一项所述的一种基于喷涂工艺制备大面积钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，在电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传导层、以及对电极的喷涂过程中，FTO玻璃基板均吸附于载物台上，并保持匀速转动。
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