CN106953013A - 一种双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明之双面光响应钙钛矿太阳能电池，包括依次叠层的透明导电基底、光阳极吸光层及透明复合对电极；所述透明复合对电极由具有多激子特性以及紫外或可见或红外吸光特性的量子点修饰的透明导电高分子聚合物组成，制备对紫外或可见或红外具有光响应的复合透明对电极。本发明还包括所述钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池采用窄带隙量子点修饰的高分子透明导电聚合物薄膜作为对电极，通过双面光响应的设计将钙钛矿太阳能电池的光吸收范围扩展至近红外波段，同时能提高器件加强可见光部分的再利用率，从而将太阳能电池的光电转换效率提高30%以上。

Description

一种双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种基于量子点/导电高分子透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
近年来，光电器件领域的研究取得了巨大进展，逐渐成为本世纪最具战略意义的研究领域之一。作为新型太阳能电池，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池受到了世界科学家的广泛关注，自2009年首次以3.8%的光电转换效率出现后，其效率在短短6年内已经超过22%，成为19世纪70年代以来光伏技术领域最有意义的突破。传统的钙钛矿太阳能电池主要由光阳极（如TiO2+钙钛矿吸光材料），空穴传输层（HTM）以及对电极组成。钙钛矿吸光材料（CH3NH3PbX3，X=Cl, I, Br）的能带介于1.5~2.2 eV之间，使得钙钛矿型有机铅卤化物具有良好的可见光吸收特性，如钙钛矿型甲胺铅碘(CH3NH3PbI3)能够吸收几乎整个可见光波段(400-800 nm)的光，但钙钛矿太阳能电池对高能及低能光子（紫外及红外光）的利用率却是很低。因此，扩展器件对太阳光谱中高能及低能光子（紫外及红外光）的利用率，同时加强可见光部分的再利用率是提高钙钛矿太阳能电池光电性能的关键。纳米复合组装及界面调控制备窄带隙量子点和复合吸光剂成为改进钙钛矿太阳能电池光谱吸收及光电转换的有效方法之一。中国专利申请201410697608.4中公开了一种钙钛矿-硫化铅量子点叠层太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿/量子点复合光敏剂可以用以拓展器件红外吸光性能。虽然近年来复合吸光剂的应用在拓展器件光响应范围上取得一定的进展，但由于两种吸光材料存在于同一个进光面（光阳极）上，对光的吸收存在一定的竞争关系，同时使得光阳极存在较为突出的电子复合问题，器件光电效率的提升并不是很理想。同时，在钙钛矿太阳能电池中常用的空穴传输材料为导电高分子spiro-OMeTAD、P3HT等。但高纯度的spiro-OMeTAD和P3HT等的价格极为昂贵，接近金价的几十倍，这使得钙钛矿太阳能电池的成本会极大的提高，阻碍了其大规模的商业化应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种成本较低、双面光响应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案为：
本发明之双面光响应钙钛矿太阳能电池，包括依次叠层的透明导电基底、光阳极吸光层及透明复合对电极；所述透明复合对电极由具有多激子特性以及紫外或可见或红外吸光特性的量子点（量子点即Quantum Dots，英文缩写QDs）修饰的透明导电高分子聚合物组成，制备对紫外或可见或红外具有光响应的复合透明对电极。
所述量子点为CdSe、CdS、Ag2Se、Ag2S、PbS、石墨烯等中的至少一种。
优选的，所述透明导电高分子聚合物为具有空穴传输能力的多孔有机聚苯胺（Polyaniline, PANI)，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐的混合物[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)和poly(styrenesulfonate), PEDOT和PSS]。以纳米结构的复合组装与界面调控为手段，制备具有良好能级匹配及高效载流子传输性质的透明复合对电极。
优选的，所述光阳极吸光层材料由TiO2及CH3NH3PbI3组成；所述透明导电基底选用FTO导电玻璃。
本发明之双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）选择一块透明导电基底，在透明导电基底上制备光阳极吸光层；
（2）在另一块透明导电基底上旋涂制备聚二甲基硅氧烷（Polydimethylsiloxane,PDMS）薄膜，作为薄膜转移层压基底；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移层压基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点，得透明复合对电极；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得钙钛矿太阳能电池。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明导电基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15-20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将TiO2无水乙醇溶液（所述TiO2颗粒大小为10-25nm）旋涂至清洗干净的透明导电基底表面，并在450-500℃下退火30-50 min，获得厚度为0.5-0.8 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，90-120℃下退火处理40-90min，获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明导电基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15-20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将聚二甲基硅氧烷（即PDMS）预聚体旋涂于透明导电基底表面，80-100℃下真空干燥40-120min，即得薄膜转移层压基底。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以0.2-1.5 mol/L的盐酸作为溶剂制备苯胺单体溶液，或3,4-亚乙基二氧噻吩单体与苯乙烯磺酸盐单体的混合溶液，使得溶液中单体的浓度为0.2-1.2 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的2.0-5.0wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为0.5-3︰1，在-5~5℃下反应20-60min，得到（透明多孔有机的聚合物薄膜）聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于CdSe、CdS、PbS、Ag2Se、Ag2S量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜表面；对于石墨烯量子点，直接将聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜浸泡至浓度为0.1-0.5 mol/L的石墨烯量子点（即Graphenequantum dots, GQDs）溶液中3-5 h进行沉积。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（4）中，连续离子层沉积法的具体操作如下：对于CdSe、CdS、PbS、Ag2Se、Ag2S量子点，采用甲醇作为溶剂分别配制浓度为0.02-0.12 mol/L的CdNO3、CdNO3、PbNO3、AgNO3 、AgNO3溶液作为阳离子前驱体；采用甲醇作为溶剂分别配制浓度为0.02-0.12 mol/L的Na2SeSO3、Na2S·9H2O、Na2S·9H2O、Na2SeSO3、Na2S·9H2O溶液作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜在阳离子前驱体及阴离子前驱体溶液中分别浸泡6-40s、3-40s，经冲洗、室温下干燥后即得量子点/聚苯胺透明复合对电极，或量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层在氧气等离子体中处理5-10 s，在步骤（4）中制备的量子点/聚苯胺透明复合对电极，或量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将量子点/聚苯胺或量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底和聚二甲基硅氧烷（即PDMS）薄膜，将所得产品[即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(QDs)PANI或FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(QDs)PEDOT:PSS]在50-80 ℃下干燥10-30 min，即得。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池采用窄带隙量子点修饰的高分子透明导电聚合物薄膜作为对电极，通过双面光响应的设计将钙钛矿太阳能电池的光吸收范围扩展至近红外波段，同时能提高器件加强可见光部分的再利用率，从而将太阳能电池的光电转换效率提高30%以上。
（2）本发明的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池采用薄膜转移层压法，先将量子点/导电高分子复合对电极沉积于亲水性的PDMS塑料膜上，通过层压转移将复合对电极薄膜转移到钙钛矿吸光层表面，能避免溶液化学法制备的复合薄膜使CH3NH3PbI3吸光层发生严重分解的问题。
（3）本发明的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池中的PANI及PEDOT:PSS高分子透明复合对电极，具有优异的空穴传输性能，可以作为无空穴传输材料型钙钛矿太阳能电池中的空穴注入层，以代替价格昂贵的spiro-OMeTAD和P3HT等空穴传输材料，能简化器件制备工艺，降低器件制备成本。
（4）本发明的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池可实现整个器件的透明化，在实际应用中，透明光伏器件可以作为发电窗户（顶棚、幕墙）用于光伏建筑一体化（BIPV）以及可穿戴设备等领域。
（5）有机高分子材料相对价廉，具有柔软性和可适应性，能够最低限度地减少薄膜在器件制备过程中可能受到的损伤。
附图说明
图1为本发明之基于量子点/导电高分子透明复合对电极的双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备流程示意图。
图例说明：1、光阳极吸光层；2、薄膜转移基底；3薄膜转移基底上制备透明高分子聚合物薄膜；4、透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点；5、低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。高分子聚合物表示聚苯胺，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐。MAI代表的是CH3MH3PbI3。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1
本实施例之基于CdSe QDs/PANI透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备流程如图1所示，依次包括以下操作步骤：
（1）选择一块FTO导电玻璃作为透明导电基底，在所述透明导电基底上制备光阳极吸光层（1）；
（2）在另一块FTO导电玻璃上旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜作为薄膜转移层压基底（2）；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移层压基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜（3）（量子点/高分子聚合物）；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点（4）；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极（量子点/导电高分子透明复合对电极）采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池（5）。
上述的制备方法，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为10-25nm的TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在450 ℃下退火30 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，90 ℃下退火处理90 min获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明FTO导电玻璃基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将聚二甲基硅氧烷（PDMS）预聚体旋涂于透明FTO导电玻璃基底表面，80 ℃下真空干燥120 min，即得薄膜转移基底。
上述的制备方法，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以0.2 mol/L的盐酸作为溶剂制备苯胺单体溶液，使得溶液中单体的浓度为0.2 mol/L，，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的2.0 wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入，得单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为0.5︰1，在-5℃下反应20 min，得到透明多孔有机聚苯胺薄膜（即PANI薄膜）。
上述的制备方法，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于CdSe量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于透明PANI薄膜表面。
上述的制备方法，所述步骤（4）中，连续离子层沉积的具体操作如下：采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.02 mol/L的CdNO3溶液作为阳离子前驱体，采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.02 mol/L的Na2SeSO3作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的透明PANI薄膜在所述阳离子前驱体及阴离子前驱体溶液中分别浸泡40 s、40 s，经盐酸及纯水清洗、室温下干燥后即得CdSe量子点/聚苯胺透明复合对电极（即CdSe QDs/PANI透明复合对电极）。
上述的制备方法，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层（即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3光阳极吸光层）在氧气等离子体中处理5 s，在步骤（4）中制备的CdSe QDs/PANI透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将CdSe QDs/PANI透明复合对电极表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离FTO导电玻璃和聚二甲基硅氧烷（即PDMS）薄膜，将所得产品[即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(CdSe QDs)PANI]在50 ℃下干燥30 min，即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为8.9%；背面进光：器件光电转换效率为8.0%；双面进光：器件光电转换效率为11.7%。
实施例2
本发明之基于CdS QDs/PEDOT:PSS透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备流程如图1所示，依次包括以下操作步骤：
（1）选择一块FTO导电玻璃作为透明导电基底，在所述透明导电基底上制备光阳极吸光层（1）；
（2）在另一块FTO导电玻璃上旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜作为薄膜转移基底（2）；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜（3）；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点（4），得透明复合对电极；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极（量子点/导电高分子透明复合对电极）采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池（5）。
上述的制备方法，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为10-12 nm的TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的FTO透明导电玻璃表面，并在470 ℃下退火40 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，100 ℃下退火处理70 min获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块FTO导电玻璃基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将PDMS预聚体旋涂于FTO导电玻璃表面，90 ℃下真空干燥80 min，即得薄膜转移层压基底。
上述的制备方法，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以0.4 mol/L的盐酸作为溶剂制备3,4-亚乙基二氧噻吩单体与苯乙烯磺酸盐单体的混合溶液，使得溶液中单体的浓度为0.4 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的3.0wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为1︰1，在0 ℃下反应40 min，得到透明聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜（即PEDOT:PSS薄膜）。
上述的制备方法，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于CdS量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于透明PEDOT:PSS薄膜表面。
上述的制备方法，所述步骤（4）中，连续离子层沉积的具体操作如下：采用甲醇作为溶剂分别配制浓度为0.04 mol/L的CdNO3溶液作为阳离子前驱体；采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.04 mol/L的Na2S·9H2O溶液作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的透明PEDOT:PSS薄膜在上述阳离子前驱体及阴离子前驱体溶液溶液中分别浸泡30 s、30 s，经盐酸及纯水清洗、室温下干燥后即得量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极（即CdS QDs/PEDOT:PSS透明复合对电极）。
上述的制备方法，优选的，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层（FTO/TiO2/CH3NH3PbI3光阳极吸光层）在氧气等离子体中处理6 s，在步骤（4）中制备的量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极（即CdS QDs/PEDOT:PSS透明复合对电极）表面滴加一滴无水乙醇后，将CdS QDs/PEDOT:PSS表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底FTO导电玻璃和PDMS薄膜，将所得产品[即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(CdS QDs)PEDOT:PSS]在60 ℃下干燥25 min，即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为10.8%；背面进光：器件光电转换效率为9.7%；双面进光：器件光电转换效率为14.1%。
实施例3
本实施例之基于Ag2Se QDs/PANI透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备流程如图1所示，依次包括以下操作步骤：
（1）选择一块FTO导电玻璃作为透明导电基底，在透明导电基底上制备光阳极吸光层（1）；
（2）在另一块FTO导电玻璃旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜作为薄膜转移层压基底（2）；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移层压基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜（3）；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点（4），得透明复合对电极；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极（即量子点/导电高分子透明复合对电极）采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移基底，经干燥处理后即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池（5）。
上述的制备方法，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗18 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为10 -25nm的TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在450 ℃下退火50 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，110 ℃下退火处理60 min获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明FTO导电玻璃基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将PDMS预聚体旋涂于玻璃透明FTO导电玻璃基底表面，100 ℃下真空干燥40 min，即得薄膜转移层压基底。
上述的制备方法，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以0.7 mol/L的盐酸作为溶剂制备苯胺单体溶液，使得溶液中单体的浓度为0.6 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的4.0 wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为2︰1，在3 ℃下反应60 min，得到透明多孔有机聚苯胺薄膜（PANI薄膜）。
上述的制备方法，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于Ag2Se量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于透明PANI薄膜表面。
上述的制备方法，所述步骤（4）中，连续离子层沉积的具体操作如下：采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.08mol/L的AgNO3溶液作为阳离子前驱体，采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.08 mol/L的Na2SeSO3溶液作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的透明PANI薄膜在所述阳离子前驱体溶液及阴离子前驱体溶液中分别浸泡10 s、5 s，经盐酸及纯水清洗、室温下干燥后即得Ag2Se量子点/聚苯胺透明复合对电极（即Ag2Se QDs/PANI透明复合对电极）。
上述的制备方法，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层（即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3光阳极吸光层）在氧气等离子体中处理8 s，在步骤（4）中制备的Ag2Se QDs/PANI透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将Ag2Se QDs/PANI表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底和PDMS薄膜，将所得产品[即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(Ag2Se QDs)PANI]在80 ℃下干燥10 min，即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为9.2%；背面进光：器件光电转换效率为8.2%；双面进光：器件光电转换效率为11.8%。
实施例4
本实施例之基于Ag2S QDs/PEDOT:PSS透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备流程如图1所示，依次包括以下操作步骤：
（1）选择一块FTO导电玻璃作为透明导电基底，在所述透明导电基底上制备光阳极吸光层（1）；
（2）在另一块透明导电基底FTO导电玻璃上旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜作为薄膜转移基底（2）；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移层压基底上制备透明高分子聚合物薄膜（3）；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点，得透明复合对电极（4）；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极（量子点/导电高分子透明复合对电极）采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池（5）。
上述的制备方法，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为10-25 nm的TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在500 ℃下退火30 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，120 ℃下退火处理40 min获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明导电基底FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将PDMS预聚体旋涂于透明导电基底表面，95 ℃下真空干燥60 min，即得薄膜转移层压基底。
上述的制备方法，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以1.0 mol/L的盐酸作为溶剂制备3,4-亚乙基二氧噻吩单体与苯乙烯磺酸盐单体的混合溶液，使得溶液中单体的浓度为0.8 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的5.0 wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ单体的摩尔比为3︰1，在5 ℃下反应60min，得到透明聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）薄膜。
上述的制备方法，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于Ag2S量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于透明聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）薄膜表面。
上述的制备方法，所述步骤（4）中，连续离子层沉积的具体操作如下：采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.12 mol/L的AgNO3溶液作为阳离子前驱体，采用甲醇作为溶剂配制浓度为0.12 mol/L的Na2S·9H2O溶液作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的透明聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜（PEDOT:PSS薄膜）在所述阳离子前驱体及阴离子前驱体溶液中分别浸泡6 s、3 s，经盐酸及纯水清洗、室温下干燥后即得Ag2S量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极（Ag2S QDs/PEDOT:PSS透明复合对电极）。
上述的制备方法，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层（即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3光阳极吸光层）在氧气等离子体中处理10 s，在步骤（4）中制备的Ag2S QDs/PEDOT:PSS透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将Ag2S量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极（Ag2S QDs/PEDOT:PSS）表面直接覆盖于CH3NH3PbI3表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底和PDMS薄膜，将所得产品[即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(Ag2S QDs)PEDOT:PSS]在70 ℃下干燥20 min，即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为11.9%；背面进光：器件光电转换效率为10.9%；双面进光：器件光电转换效率为16.0%。
实施例5
本实施例之基于GQD/PANI透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备流程如图1所示，依次包括以下操作步骤：
（1）选择一块FTO导电玻璃作为透明导电基底，在所述透明导电基底上制备光阳极吸光层（1）；
（2）在另一块透明导电基底FTO导电玻璃上旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜作为薄膜转移层压基底（2）；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移层压基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜（3）；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点，得透明复合对电极（4）；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极（即量子点/导电高分子透明复合对电极）采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池（5）。
上述的制备方法，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为10-25 nm的TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的FTO透明导电玻璃表面，并在500 ℃下退火450 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，95 ℃下退火处理90 min获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明导电基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗18 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将PDMS预聚体旋涂于透明导电基底FTO导电玻璃表面，90 ℃下真空干燥120 min，即得薄膜转移层压基底。
上述的制备方法，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以1.5 mol/L的盐酸作为溶剂制备苯胺单体溶液，使得溶液中单体的浓度为1.0 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的3.5 wt%；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为1.5︰1，在2 ℃下反应30 min，得到透明多孔有机聚苯胺薄膜（透明PANI薄膜）。
上述的制备方法，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于石墨烯量子点，直接将透明PANI浸泡至浓度为0.1 mol/L的石墨烯量子点溶液中5 h进行沉积，经冲洗、干燥后即得石墨烯量子点/聚苯胺（即GQDs/PANI）透明复合对电极。
上述的制备方法，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层（即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3光阳极吸光层）在氧气等离子体中处理7 s，在步骤（4）中制备的GQDs/PANI透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将GQDs/PANI表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底和PDMS薄膜，将所得产品FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(GQDs)PANI在65 ℃下干燥15 min，即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为10.9%；背面进光：器件光电转换效率为9.2%；双面进光：器件光电转换效率为14.7%。
实施例6
本发明之基于PbS QDs/PANI透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备流程如图1所示，依次包括以下操作步骤：
（1）选择一块FTO导电玻璃作为透明导电基底，在所述透明导电基底上制备光阳极吸光层（1）；
（2）在另一块FTO导电玻璃上旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜作为薄膜转移层压基底（2）；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜（3）；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点，得透明复合对电极（4）；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极（量子点/导电高分子透明复合对电极）采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池（5）。
上述的制备方法，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗17 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为10-25 nm的TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的FTO透明导电玻璃表面，并在460 ℃下退火40 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，110 ℃下退火处理75 min获得致密的光阳极吸光层。
上述的制备方法，所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明导电基底FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将PDMS预聚体旋涂于透明导电基底表面，100 ℃下真空干燥50 min，即得薄膜转移层压基底。
上述的制备方法，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以0.9 mol/L的盐酸作为溶剂制苯胺单体溶液，使得溶液中单体的浓度为0.3 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的3.0 wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为1.2︰1，在0 ℃下反应25 min，得到透明PANI薄膜。
上述的制备方法，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于PbS量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于透明PANI薄膜表面。
上述的制备方法，所述步骤（4）中，连续离子层沉积法的具体操作如下：采用甲醇作为溶剂分别配制浓度为0.1 mol/L的AgNO3溶液作为阳离子前驱体和浓度为0.1 mol/L的Na2S·9H2O作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的透明PANI薄膜在阳离子前驱体及阴离子前驱体溶液中分别浸泡20 s、20 s，经盐酸及纯水清洗、室温下干燥后即得PbS量子点/聚苯胺透明复合对电极（即PbS QDs/PANI透明复合对电极）。
上述的制备方法，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层（FTO/TiO2/CH3NH3PbI3光阳极吸光层）在氧气等离子体中处理6 s，在步骤（4）中制备的PbS QDs/PANI透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将PbS QDs/PANI表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底FTO导电玻璃和PDMS薄膜，将所得产品[即FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/(PbS QDs)PANI]在75 ℃下干燥25 min，即得所述低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100 mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为9.3%；背面进光：器件光电转换效率为8.2%；双面进光：器件光电转换效率为12.2%。
对比例1
本对比例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的结构与实施例1的区别仅在于PANI透明薄膜未经量子点修饰，其制备方法过程中的工艺阐述与实施例1相同。
测试本对比例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为8.1%；背面进光：器件光电转换效率为5.5%；双面进光：器件光电转换效率为9.7%。
对比例2
本对比例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的结构与实施例2的区别仅在于PEDOT:PSS透明薄膜未经量子点修饰，其制备方法过程中的工艺阐述与实施例2相同。
测试本实施例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，正面进光：器件光电转换效率为10.2%；背面进光：器件光电转换效率为7.0%；双面进光：器件光电转换效率为11.9%。

Claims (10)

1.一种双面光响应钙钛矿太阳能电池，包括依次叠层的透明导电基底、光阳极吸光层及透明复合对电极；其特征在于，所述透明复合对电极由具有多激子特性以及紫外或可见或红外吸光特性的量子点修饰的透明导电高分子聚合物组成，制备对紫外或可见或红外具有光响应的复合透明对电极。
2.根据权利要求1所述的双面光响应钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述量子点为CdSe、CdS、Ag2Se、Ag2S、PbS、石墨烯中的至少一种。
3.根据权利要求1或2所述的双面光响应钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电高分子聚合物为具有空穴传输能力的多孔有机聚苯胺，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐的混合物。
4.根据权利要求1或2所述的双面光响应钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述光阳极吸光层材料由TiO2及CH3NH3PbI3组成；所述透明导电基底选用FTO导电玻璃。
5.一种制备如权利要求1-4之一所述的双面光响应钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）选择一块透明导电基底，在透明导电基底上制备光阳极吸光层；
（2）在另一块透明导电基底上旋涂制备聚二甲基硅氧烷薄膜，作为薄膜转移层压基底；
（3）在步骤（2）所得薄膜转移层压基底上制备透明导电高分子聚合物薄膜；
（4）在步骤（3）所得透明导电高分子聚合物薄膜表面沉积量子点，得透明复合对电极；
（5）将步骤（4）所得透明复合对电极采用薄膜转移层压法转移至步骤（1）所得光阳极吸光层表面，剥落薄膜转移层压基底，经干燥处理后即得钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求5所述的制备双面光响应钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体操作步骤如下：将透明导电基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15-20min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的透明导电基底表面，并在450-500℃下退火30-50 min，获得厚度为0.5-0.8 μm的TiO2电子传输层；在所得的TiO2电子传输层上旋涂钙钛矿CH3NH3PbI3薄膜，90-120℃下退火处理40-90min，获得致密的光阳极吸光层；
所述步骤（2）的具体操作步骤如下：将另一块透明导电基底依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15-20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机清洗；将聚二甲基硅氧烷预聚体旋涂于透明导电基底表面，80-100℃下真空干燥40-120min，即得薄膜转移层压基底。
7.根据权利要求5或6所述的制备双面光响应钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体操作步骤如下：以0.2-1.5 mol/L的盐酸作为溶剂制备苯胺单体溶液，或3,4-亚乙基二氧噻吩单体与苯乙烯磺酸盐单体的混合溶液，使得溶液中单体的浓度为0.2-1.2 mol/L，得单体溶液Ⅰ；然后加入空间稳定剂聚吡咯烷酮，聚吡咯烷酮的质量占单体溶液Ⅰ质量的2.0-5.0wt%，得单体溶液Ⅱ；再将步骤（2）中制备的薄膜转移层压基底浸入单体溶液Ⅱ中，加入氧化剂过硫酸铵，过硫酸铵和单体溶液Ⅱ中单体的摩尔比为0.5-3︰1，在-5~5℃下反应20-60min，得到聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜。
8.根据权利要求5或6所述的制备双面光响应钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（4）的具体操作步骤如下：对于CdSe、CdS、PbS、Ag2Se、Ag2S量子点，采用连续离子层沉积法将其沉积于透明多孔有机聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜表面；对于石墨烯量子点，直接将聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜浸泡至浓度为0.1-0.5 mol/L的石墨烯量子点溶液中3-5 h进行沉积。
9.根据权利要求8所述的制备双面光响应钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（4）中，连续离子层沉积法的具体操作如下：对于CdSe、CdS、PbS、Ag2Se、Ag2S量子点，采用甲醇作为溶剂分别配制浓度为0.02-0.12 mol/L 的CdNO3、CdNO3、PbNO3、AgNO3 、AgNO3溶液作为阳离子前驱体；采用甲醇作为溶剂分别配制浓度为0.02-0.12 mol/L的Na2SeSO3、Na2S·9H2O、Na2S·9H2O、Na2SeSO3、Na2S·9H2O溶液作为阴离子前驱体；将步骤（3）中得到的聚苯胺薄膜，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐薄膜在阳离子前驱体及阴离子前驱体溶液中分别浸泡6-40s、3-40s，经冲洗、室温下干燥后即得量子点/聚苯胺透明复合对电极，或量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极。
10.根据权利要求5或6所述的制备双面光响应钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（5）的具体操作步骤如下：提前将步骤（1）所得光阳极吸光层在氧气等离子体中处理5-10 s，在步骤（4）中制备的量子点/聚苯胺透明复合对电极，或量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐透明复合对电极表面滴加一滴无水乙醇后，将量子点/聚苯胺或量子点/聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐表面直接覆盖于CH3NH3PbI3薄膜表面，在无水乙醇的作用下剥离透明导电基底和聚二甲基硅氧烷薄膜，将所得产品在50-80 ℃下干燥10-30 min，即得。
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