CN106981571A - 增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。本发明增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。本发明增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池吸光能力强，光电转换效率。其制备方法工艺简单易操作，生产效率高，降低了生产成本。

Description

增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体的说是涉及一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿电池(PVSK)是一种有机-无机复合型的，以MAPbX3为吸光材料，配合电子和空穴传输材料的新型太阳能电池。其封装前的厚度仅有数微米，远薄于非晶硅、CIGS等传统薄膜太阳能电池，成本也仅是其它太阳能硅电池组件的三分之一。钙钛矿薄膜太阳能电池所采用的有机-无机杂化钙钛矿具有较大激子结合能和优良的非线性光学性能。杂化钙钛矿材料具有优异的自组装性能，且结构和性能人工可调，显示了其在光电领域中巨大的应用前景，如用于平板显示器、光电导元件、传感器、光电池等。
钙钛矿太阳能电池以极快的发展速度和优异的性能，已然成为当今光伏领域内最重要的研究热点之一，开始其电池的光电转换效率只有3.8％，2014年初，韩国化学技术研究所(KRICT)将该效率提升到17.9％。2014年5月，加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Yang等已经将此效率提升到19.3％。这种发展速度使得这类太阳能电池备受关注。
目前此类光电功能材料的研究多集中于单层钙钛矿无机片层的二维结构的研究。二维结构的多层钙钛矿无机片层和不同有机组成将带来新的性能和现象，杂化钙钛矿材料的可调控性的研究对光电功能材料的研究具有重大的意义。太阳能电池工作原理为太阳光照射电池内部形成的PN结，光激发PN结电子跃迁，产生电子空穴对。电子空穴对被PN结内电场分开，然后传输到太阳能电池的两极。但太阳能电池在实际工作中，各层之间在传输空穴-电子的同时，其也发生着空穴-电子对的再复合与湮灭，既太阳能内部发生的暗电流。目前并没有很好的方法来消除暗电流的产生，因此，提高太阳能电池光吸收，增加光电流的产生，是增加太阳能电池光电转换效率的可行方法。
如今出现了介孔钙钛矿太阳能电池，传统的介孔钙钛矿太阳能电池主要由导电基底、致密层、骨架层、钙钛矿层、空穴传输层、对电极构成。钙钛矿太阳能电池可认为衍生于染料敏化太阳能电池(DSC)，因此传统的钙钛矿太阳能电池大多沿袭了染料敏化太阳能电池的结构和材料，采用具有特殊化学及电学特性的多孔TiO2作为骨架层。骨架层主要起到了支撑框架以及电荷传输的作用，在之后的研究中也有使用绝缘体A12O3作为骨架层，该骨架层则只是起到了支撑框架的作用，电荷传输则是由钙钛矿本身进行的。
在实际应用过程中，TiO2作为常用的骨架层材料，本身仍然还有一些局限性。比如其电子迁移率相对于ZnO等同类无机氧化物半导体偏低，导致电子在TiO2层内部的传输损耗较大；由于TiO2内部缺陷、与钙钛矿界面的接触不够紧密等因素导致其电子收集效率不高，从而电流较低。这些局限性都限制了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的提高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，以解决现有介孔钙钛矿太阳能电池由于介孔层的缺陷导致光电转换效率不理想的技术问题。
为了实现上述发明目的，作为本发明的一方面，提供了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池。所述增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。
作为本发明的另一方面，提供了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其包括如下制备步骤：
在透明导电衬底表面形成电子传输层；
将纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒混合配制成介孔层的前驱体溶液，并将所述前驱体溶液涂覆于所述电子传输层外表面，并经燥退火处理，形成介孔层；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构；
在所述介孔层外表面依次形成钙钛矿层、空穴传输层和电极。
与现有技术相比，本发明增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池采用含氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物作为介孔层，该介孔层协作钙钛矿吸光层能有效提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高钙钛矿吸光层的电性能和电池的器件效率。其中，该介孔层中的金属银纳米点的近场电场在表面等离子体激发下增加，加大了太阳能电池对于光的吸收效率；并且被金属银纳米点散射掉的光，进入太阳能电池，增加了光的路径长度；金属银纳米点也可以直接用作敏化剂，用来捕获光以及将光致电子注入到电子受体中。其次，加入金属银纳米点可以调节钙钛矿半导体中的激子结合能，使其大幅减小，进而减小了耦合的电子空穴对分离所需要的能量，有利于PN结中产生更多的电子空穴对，增加光电流的产生。
本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法采用纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒进行制备介孔层，使得该介孔层能够协助钙钛矿吸光层，提高钙钛矿吸光层的吸光吸收能力，并激发更多的光生载流子，从而提高制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。另一方面，采用一步涂覆法形成介孔层工艺简单易操作，更有利于推进产业大批量生产，降低太阳能电池的成本。
附图说明
图1为本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池结构示意图；
图2为本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种具有高吸光能力的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池。所述增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的结构如图1所示，其包括透明导电衬底1和在所述透明导电衬底1表面依次层叠结合的电子传输层2、介孔层3、钙钛矿吸光层4、空穴传输层5和电极6。
其中，上述透明导电衬底1一方面起到基体的作用，另一方面其作为太阳光的入射界面。在一实施例中，导电衬底1选用但不仅仅FTO导电玻璃。该FTO导电玻璃能够有效吸收从钙钛矿吸光层4传递过来的电子。另外，该导电衬底1的厚度可以是FTO导电玻璃常规的厚度范围。
上述电子传输层2能有效提高从钙钛矿吸光层4传递至导电衬底1的电子的传输速率。在一实施例中，该电子传输层2为二氧化钛层，优选的为致密二氧化钛层。该二氧化钛层结构能够有效提高电子向导电衬底1传输的速率和提高电子注入的能力，且具有空穴是阻挡功能，另一方面能有效阻止钙钛矿层4中的载流子与导电衬底1中的载流子复合。
在另一实施例中，该电子传输层2如致密二氧化钛层的厚度为45nm-55nm。
上述介孔层3一方面能够起到支撑框架以及电荷传输的作用，另一方面其协助钙钛矿吸光层4，提高钙钛矿吸光层4的吸光吸收能力，并激发更多的光生载流子，从而提高制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。
因此，在一实施例中，所述介孔层3材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物。进一步实施例中，银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。这样，通过选用特定的介孔层材料，使得其能够与协作钙钛矿吸光层4能有效提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高钙钛矿吸光层4的电性能和电池的器件效率。其中，核壳结构复合纳米颗粒可以增加纳米颗粒的比表面积，增加对于光的反射，还可以阻止Ag与钙钛矿的直接接触，防止二者发生反应。另外，银与二氧化硅的复合纳米颗粒中的金属银纳米点的近场电场在表面等离子体激发下增加，加大了太阳能电池对于光的吸收效率；并且被金属银纳米点散射掉的光，进入太阳能电池，增加了光的路径长度；金属银纳米点也可以直接用作敏化剂，用来捕获光以及将光致电子注入到电子受体中。其次，加入金属银纳米点可以调节钙钛矿半导体中的激子结合能，使其大幅减小，进而减小了耦合的电子空穴对分离所需要的能量，有利于PN结中产生更多的电子空穴对，增加光电流的产生。
在具体实施例中，所述复合纳米颗粒中的粒径为100nm-110nm。在另一具体实施例中，所述复合纳米颗粒中的所述银的粒径为60nm-70nm。通过优化复合纳米颗粒结构，进一步提高复合纳米颗粒的上述作用。
在优选实施例中，上述介孔层3材料中的所述氧化铝与所述复合纳米颗粒的质量比为1：(0.3-0.4)。在另一优选实施例中，上述介孔层3的厚度为400nm-500nm。通过优化两者的含量和对介孔层3厚度的控制，进一步提高介孔层3的协助作用，以提高钙钛矿吸光层4能有效提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高钙钛矿吸光层4的电性能和电池的器件效率。
上述钙钛矿吸光层4能有效吸收太阳光，并被激发而产生光子产生电子-空穴对并。在一实施例中，该钙钛矿吸光层4材料为可以选用常规的钙钛矿材料，也可以选用具有环保作用的锡钙钛矿材料。
在上述各实施例的基础上，上述钙钛矿吸光层4的厚度为500nm-700nm。
上述空穴传输层5能够有效收集并提高空穴传输速率，并提高空穴向电极6的注入能力。为了进一步提高其收集并提高空穴传输速率以及提高空穴注入的作用。在一实施例中，该空穴传输层5为HTM层，该HTM层可以采用下文空穴传输层5制备方法制备获得，在另一实施例中，所述空穴传输层的厚度为200nm-300nm。
上述电极6能够有效收集从空穴传输层5传至的空穴。在一实施例中，该电极6可以选用但不仅仅选用银层。在另一实施例中，该电极6如银层的厚度可以但不仅仅为100nm上下。
由上述可知，本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池采用上文特定的介孔材料形成的介孔层3，因此，其能够有效协助钙钛矿吸光层4，提高吸光吸收能力，并激发更多的光生载流子，从而提高制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。另外，通过优化介孔层3材料的结构和含量的控制，进一步提高了本发明实施例光增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池电转换效率。
另一方面，在上文所述的本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的基础上，本发明实施例还提供了本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的一种制备方法。本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法如图2所以示，同时参见图1，其制备方法包括如下步骤：
S01.在透明导电衬底1表面形成电子传输层2；
S02.制备介孔层3：将纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒混合配制成介孔层3的前驱体溶液，并将所述前驱体溶液涂覆于所述电子传输层2外表面，并经燥退火处理，形成介孔层3；
S03.在所述介孔层3外表面依次形成钙钛矿层4、空穴传输层5和电极6。
具体地，上述S01步骤中，透明导电衬底1的结构、材料及规格等如上文所述的本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池中的透明导电衬底1，为了篇幅，在此不再赘述。
在一实施例中，在表面依次形成电子传输层2之前，先对透明导电衬底1进行预处理。在具体实施例中，对透明导电衬底1的预处理包括的步骤有：对透明导电衬底1依次使用碱性洗涤剂、丙酮和乙醇水溶液超声清洗，再氮气吹干，然后使用UV紫外清洗若干时间，放入真空干燥箱备用。
在一实施例中，该步骤S01中，形成电子传输层2的方法可以将制备的电子传输层2的溶胶涂覆至所属透明导电衬底1表面，如经预处理后的透明导电衬底1表面。在具体实施例中，形成电子传输层2的方法是：
将四丁基钛酸盐和二乙醇胺的混合物在搅拌下加入水和乙醇的混合物，然后再室温下放置，制成溶胶，再采用旋涂的方法将此溶胶涂在透明导电衬底1表面如FTO的表面上，然后烧结得到致密二氧化钛层。其中，在具体实施例中，四丁基钛酸盐和二乙醇胺的体积比为1：(0.23-0.25)，在一具体实施例中，四丁基钛酸盐和二乙醇胺的体积比为68：16.5。在所述混合物中，四丁基钛酸盐(或二乙醇胺)的体积含量80-81.3％。
上述步骤S02中的复合纳米颗粒是如上文所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池介孔层3中的复合纳米颗粒，具体的是所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。
在一实施例中，该复合纳米颗粒的制备方法如下：
步骤S021.制备纳米银溶胶：将银盐、聚乙烯吡咯烷酮络合剂溶解配制溶液，将所述溶液与还原剂混合进行还原反应得到纳米银溶胶；
步骤S022.将所述纳米银溶胶、正硅酸乙酯、氨水分散至溶剂中进行水解反应。
其中，在步骤S021中，银盐可以是但不仅仅是硝酸银，溶液的溶剂可以是水。也即是将银盐、聚乙烯吡咯烷酮络合剂溶解与水中，配制银盐的水溶液。在优选实施例中，银盐、聚乙烯吡咯烷酮络合剂与水的用量比是(40-50)mg：(45-55)mg：200ml。需要说明的是，三者的用量关系仅仅表示三者的优选比例关系，并非是限定银盐、聚乙烯吡咯烷酮络合剂必须是mg含量，水是ml体积，在实际生产中可以根据三者的比例关系做适度的放大或缩小。
在另一实施例中，还原剂可以选用能够与银盐反应生产单质银的常规还原剂，如在具体实施例中，该还原剂可以但不仅仅为柠檬酸钠。在一具体实施例中，该还原剂如柠檬酸钠的添加量应该是相对银盐足量，以保证银盐充分还原成单质银，如在一具体实施例中，该柠檬酸钠与硝酸银银盐的质量比为但不仅仅为57：45。在还原反应过程中，可以采用加热如煮沸的方式加热。理所当然的是，在还原反应过程中伴随有搅拌处理，使得制备的单质银颗粒为纳米级。如采用磁力搅拌处理。在具体实施例中，最后生成的所述纳米银溶胶中纳米银的质量浓度为0.4mg/ml-0.5mg/ml。
上述步骤S022中，当纳米银溶胶、正硅酸乙酯、氨水混合后，正硅酸乙酯由于吸附等作用，吸附于纳米银表面，并在氨水的作用下发生水解生成的二氧化硅。由于吸附的作用，二氧化硅包覆与纳米银表面，从而形成二氧化硅包覆纳米银的核壳结构的纳米级复合颗粒。为了提高该核壳结构的性能，在一实施例中，所述纳米银溶胶、正硅酸乙酯、氨水的体积比为1：(0.0004-0.0008)：(0.5-0.8)。
在一优选实施例中，该步骤S022是先将纳米银溶胶超声处理，然后加入乙醇溶剂中并进行分散，然后加入氨水，并通过控制氨水的量，将溶液的pH值调节并控制在10左右，然后分至少两次加入正硅酸乙酯直至反应完毕。待反应完毕后，对反应产物进行固液分离，洗涤处理。
在一实施例中，上述步骤S02的前驱体溶液中，所述氧化铝与所述复合纳米颗粒的质量比为1：(0.3-0.4)。如上文所述，通过调节氧化铝与所述复合纳米颗粒的质量比，以实现优化形成的介孔层3的如上文所述的性能。
进一步地，作为一实施例，上述步骤S02中的所述前驱体溶液是采用旋涂的方式涂覆于所述电子传输层2的外表面，其中，所述旋涂的工艺条件为：转速为2500-3000rpm，旋涂时间为30s-60s。作为另一实施例，所述干燥退火处理的条件为：温度为130℃-150℃，时间为30min-60min。通过对旋涂工艺和对干燥退货处理条件控制，使得形成的介孔层3质量高，吸收光的效果更佳。
上述步骤S03中，形成钙钛矿层4材料可以是如上文所述的常规钙钛矿浆料或者锡钙钛矿浆料。在一实施例中，在介孔层3外表面形成钙钛矿层4可以采用蒸镀法在介孔层3表面形成。
步骤S03中，在钙钛矿层4外表面形成空穴传输层5的方法可以将空穴传输层5材料溶液采用旋涂法形成。形成空穴传输层5的材料溶液为spiro-OMeTAD乙氰溶液。然后经氧化活化处理即可。
该步骤S03中，形成电极6的方法可以采用蒸镀法在空穴传输层5表面形成电极6。在具体实施例中，形成电极6的方法是：
通过控制电流保证电极材料如Ag材料蒸镀速度大概在0.2A0左右蒸镀15min左右，当膜厚达到20-30nm时候蒸镀速率调节到0.5A0蒸镀到100nm左右厚度的Ag作为钙钛矿太阳能电池的电极。
因此，本发明实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法采用纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒进行制备介孔层3，使得该介孔层3能够协助钙钛矿吸光层4，提高钙钛矿吸光层4的吸光吸收能力，并激发更多的光生载流子，从而提高制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。而且通过优化涂覆工艺条件，有效提高了介孔层3的质量，并保证了其性能。而且采用一步涂覆法形成介孔层3工艺简单易操作，更有利于推进产业大批量生产，降低太阳能电池的成本。
以下通过具体实施例来举例说明上述增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法等方面。
实施例1
本发明实施例提供了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。其中，增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池结构为：FTO/致密TiO2/Al2O3+Ag@SiO2介孔层/CH3NH3PbI3/HTM/Ag。
其制备方法如下：
S11.衬底处理：将衬底FTO导电玻璃切成30x30mm依次采用碱性清洗液、丙酮、异丙醇和高纯去离子水超声清洗15分钟，氮气吹干，接着使用UV清洗机对衬底表面臭氧清洗10分钟，然后将其放入真空干燥箱备用；
S12.致密二氧化钛层制备：首先将68mL的四丁基钛酸酯和16.5mL的二乙醇胺溶解于210mL的乙醇之中，制成溶液A。然后将3.6mL的去离子水和100mL的酒精混合制成B。将溶液A搅拌，逐滴加入B，然后再室温下放置24h制成二氧化钛有机溶胶。然后将此溶胶采用旋涂法或提拉法制备在FTO上，使用提拉法制备时提拉速度是2mm/s，停留时间20s，使用旋涂法时旋涂速度为2500rpm，30s然后在管式炉中设置温度为450℃，升温速率为10℃/min，自然降温即可得到二氧化钛致密层薄膜；
S13.介孔层的制备：
S131核壳结构银@二氧化硅纳米颗粒制备：
1)纳米银溶胶制备：将45mg硝酸银，50mgPVP溶解于200ml水中，得到硝酸银溶液，将硝酸银溶液与5ml,38.8mmol/L柠檬酸钠溶液一起煮沸，磁力搅拌，15min后自然冷却至室温得到纳米银溶胶；
2)二氧化硅壳层制备：将上述纳米银溶胶超声处理，取25ml分散到100ml乙醇中，磁力搅拌均匀，用氨水调节PH值至10左右，将10μl TEOS加入到混合液中，25℃恒温反应，两小时后再滴加10μl TEOS，连续反应24h。然后4000r/min离心20min,用无水乙醇洗涤，得到核壳结构银@二氧化硅纳米颗粒；
S132介孔层的制备：将粒径为30nm的氧化铝异丙醇溶液，步骤S131制备的核壳结构银@二氧化硅纳米颗粒和异丙醇按照1:0.6:0.4比例配制前驱体溶液；采用旋涂的方法制备到二氧化钛致密层上，3000rpm，60s，然后加热到150℃，保温一个小时，即可得到氧化铝/银@二氧化硅介孔层，及介孔层；
S14钙钛矿吸收层薄膜制备：
S141.配制前驱体溶液：将碘化铅溶解到DMF中，配制浓度为1M，70℃水浴搅拌15分钟至完全溶解；将甲胺碘溶解于异丙醇中，配制浓度为10mg/ml；
S142.钙钛矿薄膜制备：将碘化铅溶液滴到氧化铝/银@二氧化硅介孔层上，等待1min使其完全浸入介孔层中，然后进行旋涂，旋涂速度为3000rpm，时间10s，将所得薄膜加热到70℃，保温30min；将制得薄膜浸没到所制甲胺碘溶液中，时间40s，取出后加热到100℃，保温10min，即可得到钙钛矿吸收层薄膜；
S15.空穴传输层制备：将Sprio-OMeTAD(56.4mM)，Li-TFST(29.9mM)，TBP(188mM)溶解到DMF中，将溶液加入到氯苯和乙腈的混合溶液(1:0.0175)，经过溶液旋涂技术(6000rpm,10s)制备出空穴传输层；
S16.金属电极制备：在空穴传输层表明进行磁控溅射或热蒸镀，制备出银电极。
实施例2
本发明实施例提供了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。其中，未增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池结构为：FTO/致密TiO2/Al2O3介孔层/CH3NH3PbI3/HTM/Ag。
其制备方法如下：
S21.衬底处理：将衬底FTO导电玻璃切成30x30mm依次采用碱性清洗液、丙酮、异丙醇和高纯去离子水超声清洗15分钟，氮气吹干，接着使用UV清洗机对衬底表面臭氧清洗10分钟，然后将其放入真空干燥箱备用；
S22.致密二氧化钛层制备：首先将68mL的四丁基钛酸酯和16.5mL的二乙醇胺溶解于210mL的乙醇之中，制成溶液A。然后将3.6mL的去离子水和100mL的酒精混合制成B。将溶液A搅拌，逐滴加入B，然后再室温下放置24h制成二氧化钛有机溶胶。然后将此溶胶采用旋涂法或提拉法制备在FTO上，使用提拉法制备时提拉速度是2mm/s，停留时间20s，使用旋涂法时旋涂速度为2500rpm，30s然后在管式炉中设置温度为450℃，升温速率为10℃/min，自然降温即可得到二氧化钛致密层薄膜；
S23.介孔层的制备：将粒径为30nm的氧化铝异丙醇溶液，步骤S131制备的核壳结构银@二氧化硅纳米颗粒和异丙醇按照1:0.6:0.4比例配制前驱体溶液；采用旋涂的方法制备到二氧化钛致密层上，3000rpm，60s，然后加热到150℃，保温一个小时，即可得到氧化铝/银@二氧化硅介孔层，及介孔层；
S24钙钛矿吸收层薄膜制备：
S241.配制前驱体溶液：将碘化铅溶解到DMF中，配制浓度为1M，70℃水浴搅拌15分钟至完全溶解；将甲胺碘溶解于异丙醇中，配制浓度为10mg/ml；
S242.钙钛矿薄膜制备：将碘化铅溶液滴到氧化铝/银@二氧化硅介孔层上，等待1min使其完全浸入介孔层中，然后进行旋涂，旋涂速度为3000rpm，时间10s，将所得薄膜加热到70℃，保温30min；将制得薄膜浸没到所制甲胺碘溶液中，时间40s，取出后加热到100℃，保温10min，即可得到钙钛矿吸收层薄膜；
S25.空穴传输层制备：将Sprio-OMeTAD(56.4mM)，Li-TFST(29.9mM)，TBP(188mM)溶解到DMF中，将溶液加入到氯苯和乙腈的混合溶液(1:0.0175)，经过溶液旋涂技术(6000rpm,10s)制备出空穴传输层；
S26.金属电极制备：在空穴传输层表明进行磁控溅射或热蒸镀，制备出银电极。
增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池相关性能测试
将上述实施例1至实施例2制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换率进行测试，测试结果如下述表1。
表1
由上述表1可知，上述实施例1-2中提供的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池采用核壳结构银@二氧化硅纳米颗粒与氧化铝颗粒复合材料作为介孔层，能够改变钙钛矿吸光层的吸光能力，显著的提高本发明增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，其特征在于：所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。
2.如权利要求1所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述氧化铝与所述复合纳米颗粒的质量比为1：(0.3-0.4)。
3.如权利要求1所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述复合纳米颗粒中的粒径为100nm-110nm。
4.如权利要求1-3任一所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述复合纳米颗粒中的所述银的粒径为60nm-70nm。
5.如权利要求1-3任一所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述介孔层的厚度为400nm-500nm；和/或
所述电子传输层的厚度为45nm-55nm；和/或
所述空穴传输层的厚度为200nm-300nm；和/或
所述钙钛矿吸光层的厚度为500nm-700nm。
6.如权利要求1-3任一所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明导电衬底为FTO导电玻璃；和/或
所述电子传输层为致密二氧化钛层；和/或
所述空穴传输层为HTM层；和/或
所述电极为银电极。
7.一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其包括如下制备步骤：
在透明导电衬底表面形成电子传输层；
将纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒混合配制成介孔层的前驱体溶液，并将所述前驱体溶液涂覆于所述电子传输层外表面，并经燥退火处理，形成介孔层；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构；
在所述介孔层外表面依次形成钙钛矿层、空穴传输层和电极。
8.根据权利要求7所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述复合纳米颗粒的制备方法如下：
将银盐、聚乙烯吡咯烷酮络合剂溶解配制溶液，将所述溶液与还原剂混合进行还原反应得到纳米银溶胶；
将所述纳米银溶胶、正硅酸乙酯、氨水分散至溶剂中进行水解反应。
9.根据权利要求8所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述纳米银溶胶、正硅酸乙酯、氨水的体积比为1：(0.0004-0.0008)：(0.5-0.8)；所述纳米银溶胶中纳米银的质量浓度为0.4mg/ml-0.5mg/ml。
10.根据权利要求8或9所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述氧化铝与所述复合纳米颗粒的质量比为1：(0.3-0.4)；和/或
所述前驱体溶液是采用旋涂的方式涂覆于所述电子传输层外表面，其中，所述旋涂的工艺条件为：转速为2500-3000rpm，旋涂时间为30s-60s；和/或
所述干燥退火处理的条件为：温度为130℃-150℃，时间为30min60min。
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107768523A (zh) * 2017-12-07 2018-03-06 湖南师范大学 一种同质结钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法
CN109216548A (zh) * 2018-10-22 2019-01-15 东莞理工学院 一种钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法
CN112736203A (zh) * 2021-01-27 2021-04-30 首都师范大学 一种有机太阳能电池及其制备方法
CN114203916A (zh) * 2021-12-15 2022-03-18 华能新能源股份有限公司 一种包含光学微腔结构的钙钛矿太阳能电池
CN115320205A (zh) * 2022-08-19 2022-11-11 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件及其制备方法和电子设备
CN115843187A (zh) * 2022-12-16 2023-03-24 杭纳半导体装备(杭州)有限公司 一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法
CN115975405A (zh) * 2022-12-12 2023-04-18 合肥工业大学 一种具有优异光电性能Cs2SnI6基复合膜的制备方法
WO2024086975A1 (zh) * 2022-10-24 2024-05-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103392260A (zh) * 2011-03-02 2013-11-13 索尼公司 光电转换元件、制造光电转换元件的方法和电子设备
CN103718261A (zh) * 2011-07-08 2014-04-09 索尼公司 光电转换元件、其制造方法、电子装置、用于光电转换元件的对电极以及建筑物
WO2014202184A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 Merck Patent Gmbh Conjugated polymers

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103392260A (zh) * 2011-03-02 2013-11-13 索尼公司 光电转换元件、制造光电转换元件的方法和电子设备
CN103718261A (zh) * 2011-07-08 2014-04-09 索尼公司 光电转换元件、其制造方法、电子装置、用于光电转换元件的对电极以及建筑物
WO2014202184A1 (en) * 2013-06-21 2014-12-24 Merck Patent Gmbh Conjugated polymers

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MICHAEL SALIBA, ET AL.: "《Plasmonic-Induced Photon Recycling in Metal Halide Perovskite Solar Cells》", 《ADV. FUNCT. MATER.》 *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107768523A (zh) * 2017-12-07 2018-03-06 湖南师范大学 一种同质结钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法
CN107768523B (zh) * 2017-12-07 2024-03-05 湖南师范大学 一种同质结钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法
CN109216548A (zh) * 2018-10-22 2019-01-15 东莞理工学院 一种钙钛矿太阳能电池的刮涂制备方法
CN112736203A (zh) * 2021-01-27 2021-04-30 首都师范大学 一种有机太阳能电池及其制备方法
CN114203916A (zh) * 2021-12-15 2022-03-18 华能新能源股份有限公司 一种包含光学微腔结构的钙钛矿太阳能电池
CN115320205A (zh) * 2022-08-19 2022-11-11 Oppo广东移动通信有限公司 壳体组件及其制备方法和电子设备
WO2024086975A1 (zh) * 2022-10-24 2024-05-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用电装置
CN115975405A (zh) * 2022-12-12 2023-04-18 合肥工业大学 一种具有优异光电性能Cs2SnI6基复合膜的制备方法
CN115975405B (zh) * 2022-12-12 2024-03-12 合肥工业大学 一种具有优异光电性能Cs2SnI6基复合膜的制备方法
CN115843187A (zh) * 2022-12-16 2023-03-24 杭纳半导体装备(杭州)有限公司 一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法
CN115843187B (zh) * 2022-12-16 2023-10-03 杭纳半导体装备(杭州)有限公司 一种复合电子传输层及其制备方法和一种太阳能电池及其制备方法

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