CN107611263B - 一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法 - Google Patents

一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法 Download PDF

Info

Publication number
CN107611263B
CN107611263B CN201710675931.5A CN201710675931A CN107611263B CN 107611263 B CN107611263 B CN 107611263B CN 201710675931 A CN201710675931 A CN 201710675931A CN 107611263 B CN107611263 B CN 107611263B
Authority
CN
China
Prior art keywords
perovskite
layer
battery
thin film
film layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201710675931.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107611263A (zh
Inventor
陈丽
刘冠辰
谢小银
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin Institute of Chemical Technology
Original Assignee
Jilin Institute of Chemical Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin Institute of Chemical Technology filed Critical Jilin Institute of Chemical Technology
Priority to CN201710675931.5A priority Critical patent/CN107611263B/zh
Publication of CN107611263A publication Critical patent/CN107611263A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107611263B publication Critical patent/CN107611263B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法，涉及有机太阳能电池技术领域。本发明是为了解决现有钙钛矿电池受到光子激发时，不能高效的导出其产生的激子的问题。本发明利用猝冷的办法在致密的钙钛矿薄膜层的表面形成丰富的裂纹，可以使空穴传输层一部分渗入到钙钛矿裂纹之中，这不仅增大了空穴传输层与钙钛矿层的接触面积，同时也有利于使钙钛矿层深处的激子更便捷的导入到空穴传输层。另一方面，由于钙钛矿层和空穴传输层的接触面变得更加粗糙、错乱，这有利于入射的光线在界面产生更多的反射，增加光路历程，有利于更好的钙钛矿材料吸收光线。本发明适用于制造钙钛矿电池。

Description

一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的 制法
技术领域
本发明属于有机太阳能电池技术领域，涉及一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的电池。
背景技术
随着科技的快速发展，能源危机逐渐凸显，据预测地球现有的石油及煤矿资源将在200年内消耗殆尽，于是开发利用新能源迫在眉睫；同时石油类燃料的燃烧等将会带来严重的环境污染，清洁新能源的发掘工作将更加有意义。
目前已有的清洁新能源包括太阳能发电、潮汐发电、风力发电等，然而风力发电、潮汐发电等均受到地理、空间等诸多限制因素，并且从电能的产量方面不能很好的满足当今社会对能源的需求。唯有太阳能发电可以方便广泛地应用于各种场景，不仅可以在地广人稀的地方集中建设太阳能发电站，还能在人口密集的地方进行建筑外挂，充分利用楼宇的外层空间。
然而传统的无机硅电池制造成本昂贵，制造工艺繁琐复杂，生产过程能耗较高，且器件坚硬不可弯折，不利于大批量的生产，也不利于灵活的应用于各种场景。而新型的有机太阳能电池，利用有机发光电材料作为功能层，可以利用溶液成膜的方法制成各种薄膜电池，而且电池基底不受限制，可以灵活的选用各类柔性材料，相比传统的无机硅电池，不仅生产成本大大降低，同时还能方便的实现大批量的生产，也可以应用于更多的特殊场景。
虽然传统的有机太阳能电池虽然拥有上述的优点，但是其光电转换效率低，稳定性差、寿命短等问题一直阻碍了其跨入产业化的步伐。而钙钛矿电池的出现，很好的克服了传统有机太阳能电池的先天不足。钙钛矿电池是一种有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，已经能与现有的无机单晶硅型太阳能电池相媲美。
钙钛矿材料化学式为CH3NH3PbI3(简称MAPbI3)，钙钛矿材料是一种有机/无机杂化的特殊光电材料。钙钛矿电池在制作过程中会形成一种厚度大、晶体致密且无孔的晶体薄膜。由于受到其表面积的限制，当钙钛矿材料受到光子激发时，产生的激子未能非常高效的导出，光电转换效率为16.2％。
发明内容
本发明是为了解决现有钙钛矿电池受到光子激发时，不能高效的导出其产生的激子的问题，现提供一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法。
一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池包括：由下至上依次排布并相互紧密接触的第一基底1、第一电极2、介孔层3、钙钛矿薄膜层4、空穴传输层5、第二电极6和第二基底7；
钙钛矿薄膜层4表面具有裂痕纹路。
一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，
在覆有第一电极2的第一基底1上依次制备介孔层3和钙钛矿层4，获得表面具有钙钛矿层4的电池半成品；
将电池半成品在100℃条件下进行热退火处理10分钟，然后对电池半成品进行猝冷处理，使钙钛矿层4表面形成裂痕纹路；
在具有裂痕纹路的钙钛矿层4表面依次制备空穴传输层5、第二电极6和第二基底7，形成一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池。
发明的创新点就是利用猝冷的办法在致密的钙钛矿薄膜层的表面形成丰富的裂纹，可以使空穴传输层一部分渗入到钙钛矿裂纹之中，这不仅增大了空穴传输层与钙钛矿层的接触面积，同时也有利于使钙钛矿层深处的激子更便捷的导入到空穴传输层。
另一方面，由于钙钛矿层和空穴传输层的接触面变得更加粗糙、错乱，这有利于入射的光线在界面产生更多的反射，增加光路历程，有利于更好的钙钛矿材料吸收光线。本发明的钙钛矿薄膜层具有微裂痕式钙钛矿电池的效率为17.5％，相对比不做微裂痕处理的钙钛矿太阳能电池的效率为16.2％。
附图说明
图1是本发明具体实施方式一所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式钙钛矿电池的制法的工艺流程示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池，包括：第一基底1、第一电极2、介孔层3、钙钛矿薄膜层4、空穴传输层5、第二电极6和第二基底7；
第一基底1、第一电极2、介孔层3、钙钛矿薄膜层4、空穴传输层5、第二电极6和第二基底7由下至上依次排布并相互紧密接触；
钙钛矿薄膜层4表面具有裂痕纹路。
本实施方式所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池，该电池的创新点是钙钛矿薄膜层4表面具有裂痕纹路，而这些裂痕又不至于贯穿整个晶体膜从而造成膜的断裂或缺口。这种结构能够使空穴传输层5一部分渗入到钙钛矿薄膜层4的裂纹之中，这不仅增大了空穴传输层5与钙钛矿薄膜层4的接触面积，同时也有利于使钙钛矿薄膜层4深处的激子更便捷的导入到空穴传输层。由于钙钛矿薄膜层4和空穴传输层5的接触面变得更加粗糙、错乱，这有利于入射的光线在界面产生更多的反射，增加光路历程，有利于钙钛矿薄膜层4更好的吸收光线。第一电极2和第二电极6突出于电池便于外部电气连接，第一电极2和第二电极6均为条形，二者相互垂直排布。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池作进一步说明，本实施方式中，
第一基底1和第二基底7均为玻璃基底；
第一电极2为FTO(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)电极，第二电极6为银电极，厚度为100nm～200nm；
介孔层3的材料为TiO2，厚度为300nm～600nm；
钙钛矿层4的材料为CH3NH3PbI3，厚度为400nm～1000nm；
空穴传输层5的材料为Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，厚度为200nm。
具体实施方式三：参照图2具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，该方法包括以下步骤：
步骤一：在覆有第一电极2的第一基底1上表面以3000r/min的速度旋涂介孔材料30秒，形成介孔层3；
步骤二：在介孔层3上表面以4500r/min的速度旋涂甲胺MAPbI3钙钛矿材料碱性溶液60秒，形成钙钛矿层4，获得表面具有钙钛矿层4的电池半成品；
步骤三：将电池半成品在100℃条件下进行热退火处理10分钟，然后对电池半成品进行猝冷处理，使钙钛矿层4表面形成裂痕纹路；
步骤四：在钙钛矿层4的上表面以3000～5000r/min的速度旋涂30秒空穴传输材料，形成空穴传输层5；
步骤五：在空穴传输层5上蒸镀厚度为100nm～200nm的第二电极6，并在第二电极6上覆盖第二基底7，形成一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池。
本实施方式中，猝冷处理能够迫使钙钛矿层4表面快速降温，受热胀冷缩原理作用，在致密的钙钛矿层4的表面形成裂纹，达到使空穴传输层5渗入到钙钛矿层4的裂纹之中的目的。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，在步骤一前，对第一基底1和第二基底7进行清洗并烘干。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，
在步骤五形成的电池外表面涂覆UV固化胶(紫外固化胶)，在100℃的条件下压合10分钟，
在室温下冷却稳定后，对电池照射紫外线进行固化处理24小时。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，
介孔材料是粒度为50～100纳米级的TiO2，该介孔材料的制备方法为：
在1g膏状的TiO2中加入3.5ml的乙醇，超声混合12小时，获得混合溶液，
将上述混合溶液放入马弗炉中在100℃～500℃的条件下烧结10～30分钟，获得介孔材料。
具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，步骤二中所述的甲胺MAPbI3钙钛矿材料碱性溶液的制备方法为：
将CH3NH3PbI3钙钛矿材料加入碱性饱和甲胺/二甲基甲酰胺溶液中，超声混合或搅拌至完全溶解，获得甲胺MAPbI3钙钛矿材料碱性溶液。
本实施方式获得的甲胺MAPbI3钙钛矿材料碱性溶液需要密封保存。
CH3NH3PbI3钙钛矿材料包括：浓度为1mol/L的碘化铅，浓度为3mol/L的碘甲胺，CH3NH3PbI3钙钛矿材料的制备方法为：
将1mol的碘化铅和3mol的碘甲胺溶于1L的PDMA(聚N,N-二甲基丙烯酰胺)中。
具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，步骤三所述的猝冷处理为：
将电池半成品放置到0℃的金属冷盘之上，实现猝冷；
或者，从钙钛矿层4的顶部吹入0℃的干燥氮气，实现猝冷。
具体实施方式九：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，步骤四所述的空穴传输材料为Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，
每0.072g的Spiro-OMeTAD中包括：37.5μL的4-叔丁基吡啶，17.5μL的双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶液和1ml的氯苯；
双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶液为520mg的双三氟甲烷磺酰亚胺锂溶解在1ml乙腈中。
具体实施方式十：本实施方式是对具体实施方式三所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法作进一步说明，本实施方式中，
第一基底1和第二基底7均为玻璃基底；
第一电极2为FTO(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)电极，第二电极6为银电极，厚度为100nm～200nm；
介孔层3的材料为TiO2，厚度为300nm～600nm；
钙钛矿层4的材料为CH3NH3PbI3，厚度为400nm～1000nm；
空穴传输层5的材料为Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，厚度为200nm。

Claims (8)

1.一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，
在覆有第一电极(2)的第一基底(1)上依次制备介孔层(3)和钙钛矿层(4)，获得表面具有钙钛矿层(4)的电池半成品；
将电池半成品在100℃条件下进行热退火处理10分钟，然后对电池半成品进行猝冷处理，使钙钛矿层(4)表面形成裂痕纹路；
在具有裂痕纹路的钙钛矿层(4)表面依次制备空穴传输层(5)、第二电极(6)和第二基底(7)，形成一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，在所有步骤前，首先对第一基底(1)和第二基底(7)进行清洗并烘干。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，在覆有第一电极(2)的第一基底(1)上表面旋涂介孔材料，形成介孔层(3)。
4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，在介孔层(3)上表面旋涂甲胺MAPbI3钙钛矿材料碱性溶液，形成钙钛矿层(4)。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，在钙钛矿层(4)的上表面旋涂空穴传输材料，形成空穴传输层(5)。
6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，在空穴传输层(5)上蒸镀厚度为100～200nm的第二电极(6)，并在第二电极(6)上覆盖第二基底(7)。
7.根据权利要求1所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，
在最后形成的钙钛矿电池外表面涂覆UV固化胶，在100℃的条件下压合10分钟，
在室温下冷却稳定后，对电池照射紫外线进行固化处理24小时。
8.根据权利要求1至5任一权利要求所述的一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池的制法，其特征在于，
第一基底(1)和第二基底(7)均为玻璃基底；
第一电极(2)为FTO电极，第二电极(6)为银电极，厚度为100nm～200nm；
介孔层(3)的材料为TiO2，厚度为300nm～600nm；
钙钛矿层(4)的材料为CH3NH3PbI3，厚度为400nm～1000nm；
空穴传输层(5)的材料为Spiro-OMeTAD，厚度为200nm。
CN201710675931.5A 2017-08-09 2017-08-09 一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法 Expired - Fee Related CN107611263B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710675931.5A CN107611263B (zh) 2017-08-09 2017-08-09 一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710675931.5A CN107611263B (zh) 2017-08-09 2017-08-09 一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107611263A CN107611263A (zh) 2018-01-19
CN107611263B true CN107611263B (zh) 2020-03-31

Family

ID=61064918

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710675931.5A Expired - Fee Related CN107611263B (zh) 2017-08-09 2017-08-09 一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107611263B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108321298B (zh) * 2018-02-12 2019-06-21 西北工业大学 一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法
CN110444669A (zh) * 2019-07-01 2019-11-12 淮阴工学院 新型钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105609645A (zh) * 2015-12-22 2016-05-25 成都新柯力化工科技有限公司 一种微孔钙钛矿结构的光伏材料及其制备方法
WO2016115602A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-28 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Process of forming a photoactive layer of a perovskite photoactive device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016115602A1 (en) * 2015-01-21 2016-07-28 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Process of forming a photoactive layer of a perovskite photoactive device
CN105609645A (zh) * 2015-12-22 2016-05-25 成都新柯力化工科技有限公司 一种微孔钙钛矿结构的光伏材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107611263A (zh) 2018-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105244441B (zh) 基于四苯乙烯聚合物空穴传输层的钙钛矿太阳能电池
CN104157788A (zh) 一种基于SnO2的钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法
CN105810442B (zh) 一种g‑C3N4增强型太阳能电池的制造方法
CN106887482B (zh) 一种机械式叠层太阳能电池及其制备方法
CN106025085A (zh) 基于Spiro-OMeTAD/CuXS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN104576932A (zh) 一种氧化锡电子传输层介观钙钛矿光伏电池及其制备方法
CN104505409A (zh) 一种SnO2多孔结构钙钛矿光伏电池及其制备方法
CN104966763B (zh) 一种提高钙钛矿太阳能电池效率的方法
CN101515508A (zh) 一种带有上转换材料信号增强层的染料敏化太阳能电池
CN105633181A (zh) 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105470399A (zh) 基于无掺杂有机空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN101997085A (zh) 一种反型结构的有机小分子太阳能电池
CN110867516A (zh) 新型基于钙钛矿和晶硅背钝化叠层太阳电池及其制造方法
CN106129254A (zh) 一种体相异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN104157787A (zh) 一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法
CN105390564A (zh) 一种铁电-半导体pn结型新型叠层太阳电池
CN107611263B (zh) 一种钙钛矿薄膜层具有微裂痕式的钙钛矿电池及该电池的制法
CN104347275A (zh) 一种全固态敏化太阳能电池及其制备方法
CN110676385A (zh) 一种基于多功能界面修饰层的碳基钙钛矿太阳能电池
CN110767777B (zh) 可降低成本提高转换效率的叠层太阳电池的制备方法
CN204407369U (zh) 一种氧化锡电子传输层介观钙钛矿光伏电池
CN111477751A (zh) 一种柔性太阳能电池及其制备方法
CN111525034A (zh) 一种高效稳定的混合维度钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN105576127B (zh) 一种多异质结界面钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107565021A (zh) 一种压印式钙钛矿太阳能电池及该电池的制法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20200331

Termination date: 20200809

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee