CN107331777A - 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，包括第一有机导电层和第二有机导电层，所述第一有机导电层上设置有电子传输层，所述电子传输层的上设置有钙钛矿化合物层，所述钙钛矿化合物层上设置有空穴传输层，所述第二有机导电层设置在空穴传输层上，所述第二有机导电层的外侧设置有金属电极层；本发明的钙钛矿化合物采用卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物组合而成，其中卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物比例为3∶1∶1；进而便于提高光电转换率，同时在制备电池时，通过利用先旋涂再高温蒸镀方法制备，可以提高反应效率；利用超声喷涂方法制备，可以提高原料使用率，降低生产成本，实现大面积工业化生产。

Description

一种钙钛矿太阳能电池及制备方法
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体为一种钙钛矿太阳能电池及制备方法。
背景技术
近年，作为化石燃料的替代能源，又，作为地球温室效应的对策，太阳能电池的重要性提高。但是，硅系太阳能电池为代表的现有的太阳能电池的现状是成本高，是阻碍普及的要因。所以，进行各种低成本型的太阳能电池的研究开发，其中，瑞士洛桑工科大学的发表的色素增感型太阳能电池的实用化倍受期待。该太阳能电池的构造为在透明导电性玻璃基板上设置多孔质金属氧化物半导体电极，由其表面上吸附的色素、具有氧化还原对的电解质、以及对向电极构成。通过使氧化钛等的金属氧化物半导体电极多孔质化增大表面积，以及作为色素使钌络合物单分子吸附显著提高了光电转换率,但现有提高光电转换率已不能满足市场，同时在制备电池时，反应效率和原料使用率较低。
所以，如何设计一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，成为我们当前要解决的问题。
发明内容
本发明提供一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，其中钙钛矿化合物采用卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物组合而成，其中卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物比例为3∶1∶1，且电子传输层的氧化物中含有氧化镨，有效提高电子的传输效率，进而便于提高光电转换率，同时在制备电池时，通过利用先旋涂再高温蒸镀方法制备，可以提高反应效率；利用超声喷涂方法制备，可以提高原料使用率，降低生产成本，实现大面积工业化生产，可以有效解决上述背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种钙钛矿太阳能电池，包括第一有机导电层和第二有机导电层，所述第一有机导电层上设置有电子传输层，所述电子传输层的内部含有电子传输性化合物；所述电子传输层的上设置有钙钛矿化合物层，所述钙钛矿化合物层内部含有钙钛矿化合物；所述钙钛矿化合物层上设置有空穴传输层，所述钙钛矿化合物层内部含有空穴传输化合物，所述第二有机导电层设置在空穴传输层上，所述第二有机导电层的外侧设置有金属电极层；所述钙钛矿化合物采用卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物组合而成，其中卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物比例为3∶1∶1，所述电子传输性化合物为金属氧化物，所述电子传输层是包括细密的电子传输层和多孔质状的电子传输层的薄层。
根据上述技术方案，所述所述卤化烷基胺含有卤化甲胺以及卤化甲脒的任一种。
根据上述技术方案，所述上述金属氧化物为氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化铝、氧化铌、氧化钇以及钛酸钡的任一种与氧化镨混合而成，且氧化镨的含量小于5%。
根据上述技术方案，所述空穴传输层至少包括锂三氟甲烷磺酰亚胺和吡啶类化合物。
一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，包括如下步骤：
1）制备第一有机导电层：在掺氟的二氧化锡FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层；
2）制备电子传输层：使用先旋涂再高温蒸镀的方法，在第一有机导电层上沉积电子传输层；
3）制备钙钛矿化合物层：采用超声喷涂方法在碘化铅PbI2层喷涂甲基碘化铵CH3NH3I前驱液从而反应得到一层钙钛矿化合物层；
4）制备空穴传输层：在钙钛矿化合物层上沉积空穴传输层；
5）制备第二有机导电层：在空穴传输层沉积第二有机导电层；
6）制备金属电极层：在第二有机导电层上沉积金属电极层；所述在修饰层上沉积金属电极层，包括：通过热蒸镀或磁控溅射方法在修饰层上沉积金属电极层；所述的金属电极层是如下电极层的一种：Al电极、Au电极、Ag电极；层厚为120nm。
根据上述技术方案，所述步骤1）中采用旋涂方法在FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层；采用旋涂方法在FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层的工艺参数为：转速为2000转每分钟，旋转时间60秒，退火温度为150℃，退火时间为20分钟；所述FTO导电玻璃层的方块电阻是15Ω，透过率在80％-90％；所述的第一有机导电层为聚3，4-乙烯二氧噻吩PEDOT：聚苯乙烯磺酸PSS，层厚为80-100nm。
根据上述技术方案，所述步骤3）中采用超声喷涂方法在碘化铅PbI2层喷涂甲基碘化铵CH3NH3I前驱液从而反应得到一层钙钛矿化合物层的工艺参数为：喷头距离加热衬底的高度为125mm，工作功率为3.4W，超声频率为95kHz，喷涂流量为3ml/h，衬底加热温度为270℃，载气为氮气，氮气的压强为0.06×106Pa；所述钙钛矿化合物层的层厚为400-600nm，其步骤具体为先旋涂1mol/L的碘化铅DMF前驱液，转速为6000转每分钟，退火温度100℃，退火时间为1分钟，再热蒸镀250nm-350nm厚的PbI2层，再喷涂10mg/ml的CH3NH3I异丙醇IPA前驱液，喷涂流量为150μl/min，载气为氮气，沉积温度75℃，在手套箱中退火，退火温度为100℃，时间40分钟，即可。
根据上述技术方案，所述步骤2）中使用先旋涂再高温蒸镀的方法，在第一有机导电层上沉积电子传输层：先旋涂PbI2溶液，再热蒸镀PbI2粉末，从而制备出电子传输层。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的钙钛矿化合物采用卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物组合而成，其中卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物比例为3∶1∶1，且电子传输层的氧化物中含有氧化镨，有效提高电子的传输效率，进而便于提高光电转换率，同时在制备电池时，通过利用先旋涂再高温蒸镀方法制备，可以提高反应效率；利用超声喷涂方法制备，可以提高原料使用率，降低生产成本，实现大面积工业化生产。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明的制备流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：如图1所示，本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，包括第一有机导电层和第二有机导电层，所述第一有机导电层上设置有电子传输层，所述电子传输层的内部含有电子传输性化合物；所述电子传输层的上设置有钙钛矿化合物层，所述钙钛矿化合物层内部含有钙钛矿化合物；所述钙钛矿化合物层上设置有空穴传输层，所述钙钛矿化合物层内部含有空穴传输化合物，所述第二有机导电层设置在空穴传输层上，所述第二有机导电层的外侧设置有金属电极层；所述钙钛矿化合物采用卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物组合而成，其中卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物比例为3∶1∶1，所述电子传输性化合物为金属氧化物，所述电子传输层是包括细密的电子传输层和多孔质状的电子传输层的薄层。
根据上述技术方案，所述所述卤化烷基胺含有卤化甲胺以及卤化甲脒的任一种。
根据上述技术方案，所述上述金属氧化物为氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化铝、氧化铌、氧化钇以及钛酸钡的任一种。
根据上述技术方案，所述空穴传输层至少包括锂三氟甲烷磺酰亚胺和吡啶类化合物。
一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，包括如下步骤：
1）制备第一有机导电层：在掺氟的二氧化锡FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层；
2）制备电子传输层：使用先旋涂再高温蒸镀的方法，在第一有机导电层上沉积电子传输层；
3）制备钙钛矿化合物层：采用超声喷涂方法在碘化铅PbI2层喷涂甲基碘化铵CH3NH3I前驱液从而反应得到一层钙钛矿化合物层；
4）制备空穴传输层：在钙钛矿化合物层上沉积空穴传输层；
5）制备第二有机导电层：在空穴传输层沉积第二有机导电层；
6）制备金属电极层：在第二有机导电层上沉积金属电极层；所述在修饰层上沉积金属电极层，包括：通过热蒸镀或磁控溅射方法在修饰层上沉积金属电极层；所述的金属电极层是如下电极层的一种：Al电极、Au电极、Ag电极；层厚为120nm。
根据上述技术方案，所述步骤1）中采用旋涂方法在FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层；采用旋涂方法在FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层的工艺参数为：转速为2000转每分钟，旋转时间60秒，退火温度为150℃，退火时间为20分钟；所述FTO导电玻璃层的方块电阻是15Ω，透过率在80％-90％；所述的第一有机导电层为聚3，4-乙烯二氧噻吩PEDOT：聚苯乙烯磺酸PSS，层厚为80-100nm。
根据上述技术方案，所述步骤3）中采用超声喷涂方法在碘化铅PbI2层喷涂甲基碘化铵CH3NH3I前驱液从而反应得到一层钙钛矿化合物层的工艺参数为：喷头距离加热衬底的高度为125mm，工作功率为3.4W，超声频率为95kHz，喷涂流量为3ml/h，衬底加热温度为270℃，载气为氮气，氮气的压强为0.06×106Pa；所述钙钛矿化合物层的层厚为400-600nm，其步骤具体为先旋涂1mol/L的碘化铅DMF前驱液，转速为6000转每分钟，退火温度100℃，退火时间为1分钟，再热蒸镀250nm-350nm厚的PbI2层，再喷涂10mg/ml的CH3NH3I异丙醇IPA前驱液，喷涂流量为150μl/min，载气为氮气，沉积温度75℃，在手套箱中退火，退火温度为100℃，时间40分钟，即可。
根据上述技术方案，所述步骤2）中使用先旋涂再高温蒸镀的方法，在第一有机导电层上沉积电子传输层：先旋涂PbI2溶液，再热蒸镀PbI2粉末，从而制备出电子传输层。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种钙钛矿太阳能电池，包括第一有机导电层和第二有机导电层，其特征在于：所述第一有机导电层上设置有电子传输层，所述电子传输层的内部含有电子传输性化合物；所述电子传输层的上设置有钙钛矿化合物层，所述钙钛矿化合物层内部含有钙钛矿化合物；所述钙钛矿化合物层上设置有空穴传输层，所述钙钛矿化合物层内部含有空穴传输化合物，所述第二有机导电层设置在空穴传输层上，所述第二有机导电层的外侧设置有金属电极层；所述钙钛矿化合物采用卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物组合而成，其中卤素原子、烷基胺化合物和含有铅和锑的混合物比例为3∶1∶1，所述钙钛矿化合物由卤化铅和卤化锑的混合物、以及卤化烷基胺形成，所述电子传输性化合物为金属氧化物，所述电子传输层是包括细密的电子传输层和多孔质状的电子传输层的薄层。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述所述卤化烷基胺含有卤化甲胺以及卤化甲脒的任一种。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述上述金属氧化物为氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化铝、氧化铌、氧化钇以及钛酸钡的任一种与氧化镨混合而成，且氧化镨的含量小于5%。
4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述空穴传输层至少包括锂三氟甲烷磺酰亚胺和吡啶类化合物。
5.一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）制备第一有机导电层：在掺氟的二氧化锡FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层；
2）制备电子传输层：使用先旋涂再高温蒸镀的方法，在第一有机导电层上沉积电子传输层；
3）制备钙钛矿化合物层：采用超声喷涂方法在碘化铅PbI2层喷涂甲基碘化铵CH3NH3I前驱液从而反应得到一层钙钛矿化合物层；
4）制备空穴传输层：在钙钛矿化合物层上沉积空穴传输层；
5）制备第二有机导电层：在空穴传输层沉积第二有机导电层；
6）制备金属电极层：在第二有机导电层上沉积金属电极层；所述在修饰层上沉积金属电极层，包括：通过热蒸镀或磁控溅射方法在修饰层上沉积金属电极层；所述的金属电极层是如下电极层的一种：Al电极、Au电极、Ag电极；层厚为120nm。
6.根据权利要求5所述的一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，其特征在于：所述步骤1）中采用旋涂方法在FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层；采用旋涂方法在FTO导电玻璃上沉积第一有机导电层的工艺参数为：转速为2000转每分钟，旋转时间60秒，退火温度为150℃，退火时间为20分钟；所述FTO导电玻璃层的方块电阻是15Ω，透过率在80％-90％；所述的第一有机导电层为聚3，4-乙烯二氧噻吩PEDOT：聚苯乙烯磺酸PSS，层厚为80-100nm。
7.根据权利要求5所述的一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，其特征在于：所述步骤3）中采用超声喷涂方法在碘化铅PbI2层喷涂甲基碘化铵CH3NH3I前驱液从而反应得到一层钙钛矿化合物层的工艺参数为：喷头距离加热衬底的高度为125mm，工作功率为3.4W，超声频率为95kHz，喷涂流量为3ml/h，衬底加热温度为270℃，载气为氮气，氮气的压强为0.06×106Pa；所述钙钛矿化合物层的层厚为400-600nm，其步骤具体为先旋涂1mol/L的碘化铅DMF前驱液，转速为6000转每分钟，退火温度100℃，退火时间为1分钟，再热蒸镀250nm-350nm厚的PbI2层，再喷涂10mg/ml的CH3NH3I异丙醇IPA前驱液，喷涂流量为150μl/min，载气为氮气，沉积温度75℃，在手套箱中退火，退火温度为100℃，时间40分钟，即可。
8.根据权利要求5所述的一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，其特征在于：所述步骤2）中使用先旋涂再高温蒸镀的方法，在第一有机导电层上沉积电子传输层：先旋涂PbI2溶液，再热蒸镀PbI2粉末，从而制备出电子传输层。
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