CN106653927A - 一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法 - Google Patents

一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于钙钛矿太阳能电池制备技术领域，特别涉及一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法。其中，无机Cs2SnI6具有钙钛矿变体结构，通过SnI4的乙醇溶液和CsI的DMF溶液反应的方法制备，用作太阳能电池中的空穴传输材料。通过将Cs2SnI6粉末溶解在CH3NH3PbI3前驱体溶液中旋涂得到黑色均一的薄膜，进一步组装得到具有体异质结结构的钙钛矿太阳能电池。本发明的制备工艺简单、无污染，原材料丰富、廉价，特别适合制备大批量、低成本太阳能电池。

Description

一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备 方法
技术领域
本发明属于薄膜太阳能电池制备的技术领域，特别涉及一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法。
背景技术
钙钛矿材料为吸光层的太阳能电池已成为效率提升最迅速的一类新型电池，效率已突破20%。立方相的Cs2SnI6是钙钛矿结构CsSnI3的氧化态，具有较高的载流子浓度和迁移率，在空气中可以稳定存在，可作为空穴传输材料，与有机空穴传输材料（spiro-OMeTAD、P3HT）相比无机的Cs2SnI6具有稳定性高、制备简单、无污染、无毒的优势。
传统钙钛矿太阳能电池结构中界面产生较多缺陷使电子空穴在界面处发生复合，影响电流的输出进一步影响电池的光电转化效率。体异质结结构的钙钛矿太阳能电池与常规的平面异质结太阳能电池相比，简化了电池结构和制备工艺，减少了界面缺陷提高了光电转化效率，使大规模生产成为可能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现存的技术不足，提供一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法。
本发明公开了一种Cs2SnI6作为空穴传输层材料、CH3NH3PbI3作为吸光层材料的体异质结结构钙钛矿太阳能电池的制备方法及光电转换性能的表征。
本发明的Cs2SnI6钙钛矿变体材料及Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法为：（1）Cs2SnI6钙钛矿变体材料的制备方法：SnI4的乙醇溶液与CsI的DMF溶液混合静置，析出Cs2SnI6晶体，过滤干燥备用。（2）Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法：首先在FTO透明导电玻璃上旋涂Cs2SnI6、 CH3NH3PbI3混合溶液，退火使晶粒进一步长大；再旋涂一层PCBM薄膜，作为电子传输层；然后旋涂一层BCP电极修饰层，最后通过真空热蒸发蒸镀一层背电极，
上述方法的具体步骤如下：
（1）Cs2SnI6粉末制备：SnI4粉末溶解在温热乙醇溶液中，CsI粉末溶解在DMF溶液中，将上述溶液混合静置析出Cs2SnI6晶体，过滤干燥；（2）将FTO透明导电玻璃切成1.6×1.7cm的基片，接着用碱液超声清洗30-60 min，再用酒精超声清洗30-60 min，最后用蒸馏水超声清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以备用；
（3）将PbI2、CH3NH3I粉末按1:1摩尔比溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，70℃搅拌5h得前驱体溶液；
（4）在上述（3）中的前驱体溶液中加入Cs2SnI6粉末，室温搅拌2h得混合溶液；
（5）将上述（4）所得溶液旋涂在（2）中的FTO透明导电玻璃上，转速为4000r/min,100℃退火30min即得Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结薄膜；
（6）在上述（5）制备的薄膜上旋涂一层PCBM层，作为电子传输层，转速为2000r/min；
（7）在上述（6）制备的薄膜表面旋涂一层BCP薄膜，作为电极修饰层，转速为3500r/min；
（8）在上述（7）制备的薄膜表面以真空热蒸发的方法蒸镀一层Ag电极。
本发明采用变形钙钛矿结构的Cs2SnI6作为空穴传输层制备体异质结钙钛矿电池，与常用的有机空穴传输层（spiro-OMETAD 、P3HT等）相比，Cs2SnI6具有稳定性高、制备简单、无污染、无毒的优良特性，体异质结结构提高了CH3NH3PbI3结晶性和晶粒尺寸，更适合用作室外应用的太阳能电池，更有利于工业化推广。
太阳能电池性能测试
此测试是在标准测试条件下进行的，为：测试温度25±2℃，相对湿度30%，光源的光谱辐照度100mW/cm2，并具有标准的AM1.5太阳光谱辐照度分布。测试结果见图4。
附图说明
图1体异质结钙钛矿太阳能电池结构示意图；
图2体异质结层薄膜的X射线衍射图谱；
图3钙钛矿太阳能电池断面的扫描电子显微镜照片；
图4钙钛矿太阳能电池电流密度-电压（I-V）特性曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明的内容作进一步详细说明，但本发明不限于以下列举的特定例子：
实施例1
（1）Cs2SnI6粉末制备：SnI4粉末溶解在温热乙醇溶液中，CsI粉末溶解在DMF溶液中，将上述溶液混合静置析出Cs2SnI6晶体，过滤干燥；
（2）将FTO透明导电玻璃切成1.6×1.7cm的基片，接着用碱液超声清洗30-60 min，再用酒精超声清洗30-60 min，最后用蒸馏水超声清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以备用；
（3）将PbI2、CH3NH3I粉末按1:1摩尔比溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，70℃搅拌5h得前驱体溶液；
（4）在上述（3）中的前驱体溶液中加入2.5mg Cs2SnI6粉末，室温搅拌2h得混合溶液；
（5）将上述（4）所得溶液旋涂在（2）中的FTO透明导电玻璃上，转速为4000r/min,100℃退火30min即得Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结薄膜；
（6）在上述（5）制备的薄膜上旋涂一层PCBM层，作为电子传输层，转速为2000r/min；
（7）在上述（6）制备的薄膜表面旋涂一层BCP薄膜，作为电极修饰层，转速为3500r/min；
（8）在上述（7）制备的薄膜表面以真空热蒸发的方法蒸镀一层Ag电极，图1为所得器件结构示意图。
实施例2
（1）Cs2SnI6粉末制备：SnI4粉末溶解在温热乙醇溶液中，CsI粉末溶解在DMF溶液中，将上述溶液混合静置析出Cs2SnI6晶体，过滤干燥；
（2）将FTO透明导电玻璃切成1.6×1.7cm的基片，接着用碱液超声清洗30-60 min，再用酒精超声清洗30-60 min，最后用蒸馏水超声清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以备用；
（3）将PbI2、CH3NH3I粉末按1:1摩尔比溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，70℃搅拌5h得前驱体溶液；
（4）在上述（3）中的前驱体溶液中加入6.6mg Cs2SnI6粉末，室温搅拌2h得混合溶液；
（5）将上述（4）所得溶液旋涂在（2）中的FTO透明导电玻璃上，转速为4000r/min,100℃退火30min即得Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结薄膜；
（6）在上述（5）制备的薄膜上旋涂一层PCBM层，作为电子传输层，转速为2000r/min；
（7）在上述（6）制备的薄膜表面旋涂一层BCP薄膜，作为电极修饰层，转速为3500r/min；
（8）在上述（7）制备的薄膜表面以真空热蒸发的方法蒸镀一层Ag电极，图1为所得器件结构示意图；
图2是该层薄膜的X射线衍射图谱，图3为组装太阳能电池器件的断面扫描电镜图片。该电池的J-V曲线如图3所示，图4表明该电池光电转换效率可达0.5％。
实施例3
（1）Cs2SnI6粉末制备：SnI4粉末溶解在温热乙醇溶液中，CsI粉末溶解在DMF溶液中，将上述溶液混合静置析出Cs2SnI6晶体，过滤干燥；
（2）将FTO透明导电玻璃切成1.6×1.7cm的基片，接着用碱液超声清洗30-60 min，再用酒精超声清洗30-60 min，最后用蒸馏水超声清洗10-30 min，然后放入烘干箱干燥以备用；
（3）将PbI2、CH3NH3I粉末按1:1摩尔比溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，70℃搅拌5h得前驱体溶液；
（4）在上述（3）中的前驱体溶液中加入15mg Cs2SnI6粉末，室温搅拌2h得混合溶液；
（5）将上述（4）所得溶液旋涂在（2）中的FTO透明导电玻璃上，转速为4000r/min,100℃退火30min即得Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结薄膜；
（6）在上述（5）制备的薄膜上旋涂一层PCBM层，作为电子传输层，转速为2000r/min;
（7）在上述（6）制备的薄膜表面旋涂一层BCP薄膜，作为电极修饰层，转速为3500r/min；
（8）在上述（7）制备的薄膜表面以真空热蒸发的方法蒸镀一层Ag电极，图1为所得器件结构示意图。

Claims (5)

1.一种基于Cs2SnI6&CH3NH3PbI3体异质结的太阳能电池及制备方法，首先采用溶液法制备Cs2SnI6粉末，利用SnI4的乙醇溶液和CsI的DMF溶液反应生长Cs2SnI6晶体，然后将Cs2SnI6粉末溶解在CH3NH3PbI3前驱体溶液中，通过旋涂工艺沉积在F掺杂SnO2透明导电玻璃（FTO）上，获得黑色光亮且形貌厚度均一的薄膜；随后在该薄膜上旋涂一层电子传输材料，最后在表面制备金属背电极，从而得到太阳能电池。
2.如权利要求1所述的Cs2SnI6钙钛矿变体材料及Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结太阳能电池制备，有关Cs2SnI6钙钛矿变体材料制备的具体步骤如下：SnI4粉末溶解在温热乙醇溶液中，CsI粉末溶解在DMF溶液中，将上述溶液混合静置析出Cs2SnI6晶体，过滤干燥备用。
3.如权利要求1所述的Cs2SnI6钙钛矿变体材料及Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结太阳能电池制备，有关Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结太阳能电池制备的具体步骤如下：
（1）将FTO透明导电玻璃切成1.6×1.7cm的基片，然后用碱液超声清洗30-60 min，接着酒精超声清洗30-60 min，最后用蒸馏水超声清洗10-30 min，放入烘干箱干燥以备用；
（2）将PbI2、CH3NH3I粉末按1:1摩尔比溶于二甲基甲酰胺（DMF）中，70℃搅拌5h得前驱体溶液；
（3）在上述（1）中的前驱体溶液中加入上述权利要求2制备的Cs2SnI6粉末，室温搅拌2h得混合溶液；
（4）将上述（3）所得溶液旋涂在（1）中的FTO透明导电玻璃上，转速为4000r/min,旋涂时间为30s，100℃退火30min，即得Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结薄膜。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征是：步骤（3）中，所述的Cs2SnI6加入量为2.5~15mg。
5.Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法为在权利要求2中得到的Cs2SnI6& CH3NH3PbI3体异质结薄膜表面旋涂一层PCBM作为电子传输层，转速为2000r/min,在其表面旋涂一层BCP（浴铜灵）作为电极修饰层，然后在其表面通过真空镀膜技术蒸镀背电极Ag，即得钙钛矿太阳能电池。
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