CN106299137A - 一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：FTO导电基板的刻蚀与清洗：(1)玻璃的裁剪将10 cm×10 cm的一整块FTO导电玻璃裁剪为2 cmx2cm尺寸大小的25块，并用砂纸把边角打磨；(2)FTO导电玻璃的刻蚀：将锌粉与去离子水混合并均匀涂布在需要刻蚀的FTO导电膜部分，然后在其上滴上5‑10滴2ML盐酸溶液，盐酸与锌粉就会立即发生反应，从而把FTO上的导电膜刻蚀掉，待反应完全后，用棉签把玻璃表面擦干净。本发明所述工艺制作成本低廉、原材料价格低廉、制作过程简单可批量生产、弯曲性能好、可大面积印刷、光电转换效率高。

Description

一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法

技术领域

本发明涉及一种太阳电池的制备方法，特别涉及一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

有机．无机杂化钙钛矿由于具有能带结构可调控、摩尔消光系数大、载流子迁移率古、电子．空穴扩散距离长等优势而掀起一阵研究热潮，初期，钙钛矿曾作为液态染料敏化太阳能电池和量子点太阳能电池的光敏剂，但液态电解质中的碘离子会破坏钙钛矿的稳定性，所以，研究一种新型的全固态太阳能电池迫在眉睫，2012年，韩国科学家Nam．Gyu Park研究小组以有机、无机杂化钙钛矿(cH3NH3Pbl3)作为光吸收层，spiro．MeOTAD作为空穴传输层，研发出了一种全固态的太阳能电池，其光电转换效率超过了9％，这种全新的太阳能电池被命名为钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells，PSCs)，并在此后的三年时间内掀起了一阵研究热潮，其他研究小组也通过引入固态P型的空穴传输材料(HTM)[161，并改进钙钛矿层的制作方法，最终使得有机一无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率达到了15％，因此这种不含有空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池是一种非常有前景的光伏器件。

发明内容

本发明提出一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法，一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：FTO导电基板的刻蚀与清洗：

(1)玻璃的裁剪将10cm×10cm的一整块FTO导电玻璃裁剪为2cmx2cm尺寸大小的25块，并用砂纸把边角打磨；

(2)FTO导电玻璃的刻蚀：将锌粉与去离子水混合并均匀涂布在需要刻蚀的FTO导电膜部分，然后在其上滴上5-10滴2ML 盐酸溶液，盐酸与锌粉就会立即发生反应，从而把FTO上的导电膜刻蚀掉，待反应完全后，用棉签把玻璃表面擦干净；

(3)清洗导电玻璃将刻蚀完的导电玻璃盛放在保鲜盒中，然后采用去离子水加表面活性剂、丙酮、异丙醇、去离子水、最后是乙醇依次超声清洗15min，清洗干净后，将导电基底吹干并放置到600C恒温干燥箱中进行保存，以备使用；

第二步：致密层的合成制备：

(1)致密层Ti02有机溶胶的合成：

将68 mL钛酸四丁酯和16.5mLZ乙醇胺相混合后加入至210mL无水乙醇中室温搅拌l h，得到均匀透明的混合液(记为A液)，另将3．6 mL去离子水添加至100 mL无水乙醇中得到混合均匀的液体(记为B液)，在强烈搅拌的条件下将B液缓慢滴加至A液后静置24 h，得到浓度约为0.5 mol·L，澄清透明的微黄色Ti02有机溶胶，将该溶胶用乙醇稀释至约0.25mol-L，1即得到旋涂用的致密层Ti02有机溶胶；

(2)致密层的制备：

取80儿上述Ti02致密层有机溶胶滴于洗净的FTO导电基板上，3000 rpm旋涂30 S，置于箱式电阻炉中4500C烧结l h后自然降温；

第三步：电子收集层的制备：

(1)多孔层浆料的配制：Ti02浆料和乙醇按l：3．5的质量比混合，球磨分散5h；

(2)多孔层的制备：

步骤（1）所述多孔层浆料滴在Ti02致密层上，3000 rpm旋涂30 S，置于箱式电阻炉中5000C烧结30 min后自然降温，得到用于组装器件的光阳极，

第四步：碘甲铵的合成：

碘甲铵的合成流程：

首先将0.3mol甲胺溶液与等摩尔量氢碘酸混合，搅拌2h使其充分反应，将所得液体600C旋蒸除去溶剂，得到浅黄色粗产品，将得到的粗产品重新溶于无水乙醇中添加无水乙醚至不再产生白色沉淀为止，将溶液冷冻2h以析出更多结晶，过滤得到白色晶体，此过程重复2次后，将得到的固体600C真空干燥24 h，最终得到白色颗粒状晶体；

第五步：光吸收层的制备：

(1)碘化铅溶液的配制：

称取462 mg碘化铅溶于1mL二甲基甲酰胺中700C加热搅拌至完全溶

解，用有机滤膜过滤备用，

(2)碘化铅膜的制备：

取80此过滤后的Pbl2溶液滴于制备好的光阳极上，6500 rpm旋涂5S后转移至热板上700C加热30 min，加热完成后将其自然冷却至室温，

(3)钙钛矿的沉积：

将上述碘化铅膜用异丙醇润湿，然后立即转移至异丙醇溶液中，轻轻晃动溶液，从而使钙钛矿的沉积更加均匀，可以观察到薄膜颜色逐渐从黄色变成黑红色，即生成钙钛矿，2min后将薄膜转移至异丙醇中轻微漂洗，3000 rpm旋涂20 S以使溶剂挥发，最后将膜置于热板上700C加热30min

本发明所述工艺制作成本低廉、原材料价格低廉、制作过程简单可批量生产、弯曲性能好、可大面积印刷、光电转换效率高。

具体实施方式

一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：FTO导电基板的刻蚀与清洗：

(1)玻璃的裁剪将10 cm×10 cm的一整块FTO导电玻璃裁剪为2 cmx2 cm尺寸大小的25tJx块，并用砂纸把边角打磨；

(2)FTO导电玻璃的刻蚀：将锌粉与去离子水混合并均匀涂布在需要刻蚀的FTO导电膜部分，然后在其上滴上5-10滴2M 盐酸溶液，盐酸与锌粉就会立即发生反应，从而把FTO上的导电膜刻蚀掉，待反应完全后，用棉签把玻璃表面擦干净；

(3)清洗导电玻璃将刻蚀完的导电玻璃盛放在保鲜盒中，然后采用去离子水加表面活性剂、丙酮、异丙醇、去离子水、最后是乙醇依次超声清洗15 min，清洗干净后，将导电基底吹干并放置到600C恒温干燥箱中进行保存，以备使用；

第二步：致密层的合成制备：

(1)致密层Ti02有机溶胶的合成：

将68 mL钛酸四丁酯和16.5mLZ乙醇胺相混合后加入至210mL无水乙醇中室温搅拌l h，得到均匀透明的混合液(记为A液)，另将3．6 mL去离子水添加至100 mL无水乙醇中得到混合均匀的液体(记为B液)，在强烈搅拌的条件下将B液缓慢滴加至A液后静置24 h，得到浓度约为0.5 mol·L，澄清透明的微黄色Ti02有机溶胶，将该溶胶用乙醇稀释至约0.25mol-L，1即得到旋涂用的致密层Ti02有机溶胶；

(2)致密层的制备：

取80儿上述Ti02致密层有机溶胶滴于洗净的FTO导电基板上，3000 rpm旋涂30 S，置于箱式电阻炉中4500C烧结l h后自然降温；

第三步：电子收集层的制备：

(1)多孔层浆料的配制：Ti02浆料和乙醇按l：3．5的质量比混合，球磨分散5h；

(2)多孔层的制备：

步骤（1）所述多孔层浆料滴在Ti02致密层上，3000 rpm旋涂30 S，置于箱式电阻炉中5000C烧结30 min后自然降温，得到用于组装器件的光阳极，

第四步：碘甲铵的合成：

碘甲铵的合成流程：

首先将0.3mol甲胺溶液与等摩尔量氢碘酸混合，搅拌2h使其充分反应，将所得液体600C旋蒸除去溶剂，得到浅黄色粗产品，将得到的粗产品重新溶于无水乙醇中添加无水乙醚至不再产生白色沉淀为止，将溶液冷冻2h以析出更多结晶，过滤得到白色晶体，此过程重复2次后，将得到的固体600C真空干燥24 h，最终得到白色颗粒状晶体；

第五步：光吸收层的制备：

(1)碘化铅溶液的配制：

称取462 mg碘化铅溶于1mL二甲基甲酰胺中700C加热搅拌至完全溶

解，用有机滤膜过滤备用，

(2)碘化铅膜的制备：

取80此过滤后的Pbl2溶液滴于制备好的光阳极上，6500 rpm旋涂5S后转移至热板上700C加热30 min，加热完成后将其自然冷却至室温，

(3)钙钛矿的沉积：

将上述碘化铅膜用异丙醇润湿，然后立即转移至异丙醇溶液中，轻轻晃动溶液，从而使钙钛矿的沉积更加均匀，可以观察到薄膜颜色逐渐从黄色变成黑红色，即生成钙钛矿，2min后将薄膜转移至异丙醇中轻微漂洗，3000 rpm旋涂20 S以使溶剂挥发，最后将膜置于热板上700C加热30min。

Claims (1)

1.一种全固态钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步：FTO导电基板的刻蚀与清洗：

(1)玻璃的裁剪10cm×10cm的一整块FTO导电玻璃裁剪为2cmx2cm尺寸大小的25块，并用砂纸把边角打磨；

(2)FTO导电玻璃的刻蚀：将锌粉与去离子水混合并均匀涂布在需要刻蚀的FTO导电膜部分，然后在其上滴上5-10滴2ML盐酸溶液，盐酸与锌粉就会立即发生反应，从而把FTO上的导电膜刻蚀掉，待反应完全后，用棉签把玻璃表面擦干净；

(3)清洗导电玻璃将刻蚀完的导电玻璃盛放在保鲜盒中，然后采用去离子水加表面活性剂、丙酮、异丙醇、去离子水、最后是乙醇依次超声清洗15 min，清洗干净后，将导电基底吹干并放置到600C恒温干燥箱中进行保存，以备使用；

第二步：致密层的合成制备：

(1)致密层Ti02有机溶胶的合成：

将68 mL钛酸四丁酯和16.5mLZ乙醇胺相混合后加入至210mL无水乙醇中室温搅拌lh，得到均匀透明的混合液(记为A液)，另将3．6 mL去离子水添加至100 mL无水乙醇中得到混合均匀的液体(记为B液)，在强烈搅拌的条件下将B液缓慢滴加至A液后静24h，得到浓度约为0.5mol·L，澄清透明的微黄色Ti02有机溶胶，将该溶胶用乙醇稀释至约0.25mol-L，1即得到旋涂用的致密层Ti02有机溶胶；

(2)致密层的制备：

取80儿上述Ti02致密层有机溶胶滴于洗净的FTO导电基板上，3000 rpm旋涂30 S，置于箱式电阻炉中4500C烧结l h后自然降温；

第三步：电子收集层的制备：

(1)多孔层浆料的配制：Ti02浆料和乙醇按l：3．5的质量比混合，球磨分散5h；

(2)多孔层的制备：

步骤（1）所述多孔层浆料滴在Ti02致密层上，3000 rpm旋涂30 S，置于箱式电阻炉中5000C烧结30 min后自然降温，得到用于组装器件的光阳极，

第四步：碘甲铵的合成：

碘甲铵的合成流程：

首先将0.3mol甲胺溶液与等摩尔量氢碘酸混合，搅拌2h使其充分反应，将所得液体600C旋蒸除去溶剂，得到浅黄色粗产品，将得到的粗产品重新溶于无水乙醇中添加无水乙醚至不再产生白色沉淀为止，将溶液冷冻2h以析出更多结晶，过滤得到白色晶体，此过程重复2次后，将得到的固体600C真空干燥24 h，最终得到白色颗粒状晶体；

第五步：光吸收层的制备：

(1)碘化铅溶液的配制：

称取462 mg碘化铅溶于1mL二甲基甲酰胺中700C加热搅拌至完全溶

解，用有机滤膜过滤备用，

(2)碘化铅膜的制备：

取80此过滤后的Pbl2溶液滴于制备好的光阳极上，6500 rpm旋涂5S后转移至热板上700C加热30 min，加热完成后将其自然冷却至室温，

(3)钙钛矿的沉积：

将上述碘化铅膜用异丙醇润湿，然后立即转移至异丙醇溶液中，轻轻晃动溶液，从而使钙钛矿的沉积更加均匀，可以观察到薄膜颜色逐渐从黄色变成黑红色，即生成钙钛矿，2min后将薄膜转移至异丙醇中轻微漂洗，3000 rpm旋涂20 S以使溶剂挥发，最后将膜置于热板上700C加热30min。