CN107706309B - 一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents
一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107706309B CN107706309B CN201710831994.5A CN201710831994A CN107706309B CN 107706309 B CN107706309 B CN 107706309B CN 201710831994 A CN201710831994 A CN 201710831994A CN 107706309 B CN107706309 B CN 107706309B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- perovskite
- titanium
- solar cell
- solution
- 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
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 74
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 16
- 239000002202 Polyethylene glycol Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229920001223 polyethylene glycol Polymers 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 60
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 55
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 42
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 29
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 24
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 18
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 15
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 13
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 12
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 9
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 9
- YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 4-Butyrolactone Chemical compound O=C1CCCO1 YEJRWHAVMIAJKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 7
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 4
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 239000005457 ice water Substances 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 238000007747 plating Methods 0.000 claims description 4
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 4
- MVPPADPHJFYWMZ-IDEBNGHGSA-N chlorobenzene Chemical group Cl[13C]1=[13CH][13CH]=[13CH][13CH]=[13CH]1 MVPPADPHJFYWMZ-IDEBNGHGSA-N 0.000 claims description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 claims description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims 7
- CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N [C].[N] Chemical compound [C].[N] CKUAXEQHGKSLHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910003473 lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide Inorganic materials 0.000 claims 1
- QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N lithium;bis(trifluoromethylsulfonyl)azanide Chemical compound [Li+].FC(F)(F)S(=O)(=O)[N-]S(=O)(=O)C(F)(F)F QSZMZKBZAYQGRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 abstract description 14
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 abstract description 14
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- -1 poly (2-methoxy, 5(2' -ethylhexyloxy) -1, 4-phenylenevinylene Chemical group 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- YMZOIRFEUWNMFP-UHFFFAOYSA-N 2,3,4,5-tetrabutylpyridine Chemical compound CCCCC1=CN=C(CCCC)C(CCCC)=C1CCCC YMZOIRFEUWNMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000084 colloidal system Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N oxalonitrile Chemical compound N#CC#N JMANVNJQNLATNU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
- H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
- H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
- H10K71/10—Deposition of organic active material
- H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明涉及一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法是在新鲜制备的钙钛矿层上直接旋涂各聚合物的氯苯溶液，然后对其进行热处理，得到经过修饰的钙钛矿层，所述聚合物为聚(2‑甲氧基,5(2'‑乙基己氧基)‑1,4‑苯撑乙烯撑)、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇中的任意一种。该方法可在调控钙钛矿层微结构的同时，修饰钙钛矿层与空穴传导层之间的界面，以制备高效率的钙钛矿电池，而且无需额外的热处理工艺。本发明采用聚合物修饰钙钛矿吸光层与空穴传导层间的界面，以提高电池的光电性能和电池效率，所述制备方法制得的平面钙钛矿太阳能电池的电池效率明显高于未经过聚合物修饰的平面钙钛矿太阳能电池。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术
近年来，钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转换效率而倍受关注。钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层与空穴传导层间的界面特性决定着光生载流子的传导与收集，在某种程度上决定着电池的光电转换效率，故尤为重要。
通过修饰钙钛矿层与空穴传导层间的界面，可以减小电荷复合，促进光生载流子的有效传导与收集，提高电池的光电转换效率。当前，还未有在低温平面钙钛矿太阳能电池中采用PMMA、MEH-PPV、PEG来修饰钙钛矿层与Spiro-OMeTAD层间的界面，以制备高效率的低温平面钙钛矿太阳能电池的相关报道。
发明内容
基于此，本发明的目的在于，提供一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法直接在制备的钙钛矿层上旋涂聚合物的氯苯溶液，在调控钙钛矿层形貌的同时，修饰钙钛矿层与空穴传导层间的界面，以提高电池的光电性能和电池效率，具有容易实现、各步骤的条件易于控制等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法通过在透明导电衬底上依序制备出电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极，得到由透明导电衬底、电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极依次层叠而成的平面钙钛矿太阳能电池；在制备钙钛矿层之后、制备空穴传导层之前进行界面修饰，所述界面修饰为：在制得的钙钛矿层上旋涂聚合物的氯苯溶液，然后对其进行热处理，得到经过修饰的钙钛矿层，所述聚合物为聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)、聚甲基丙烯酸甲酯和聚乙二醇中的任意一种。
相对于现有技术，本发明采用聚合物修饰钙钛矿吸光层与空穴传导层间的界面，以提高电池的光电性能和电池效率。具体采用聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)(MEH-PPV)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)和聚乙二醇(PEG)插入钙钛矿层与空穴传导层间，以修饰界面同时调控钙钛矿形貌，抑制电荷复合，提高电池效率。本发明的经过聚合物修饰的平面钙钛矿太阳能电池的电池效率明显高于未经过聚合物修饰的平面钙钛矿太阳能电池。
进一步地，所述平面钙钛矿太阳能电池的制备方法具体包括以下步骤：
(1)电子传导层的制备：先在冰水混合物中加入四氯化钛水溶液，配置二氧化钛胶体溶液，然后取清洁的透明导电衬底放入60～80℃的二氧化钛胶体溶液中浸泡40～60分钟，取出后依次用去离子水和乙醇冲洗，再以180～220℃进行热处理30～60分钟，得到制备在透明导电衬底上的作为电子传导层的二氧化钛致密层；
(2)钙钛矿层的制备：将摩尔比为1:1的CH3NH3I与PbI2溶解于二甲基亚砜(DMSO)与γ-丁内酯的混合溶液中，得到钙钛矿前驱液，对步骤(1)所得的二氧化钛致密层进行紫外光处理8～15分钟，然后在其上滴加钙钛矿前驱液，旋涂后得到制备在二氧化钛致密层上的作为钙钛矿层的CH3NH3PbI3基矿钛层；
(3)界面修饰：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上旋涂聚合物的氯苯溶液，然后对其进行80～120℃的热处理5～20分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层；
(4)空穴传导层的制备：在步骤(3)所得的经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层上旋涂含有0.08M 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)，0.064M双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)以及0.064M四丁基吡啶(TBP)的氯苯混合溶液，然后将其放置在避光干燥的空气中6～8小时，得到制备在CH3NH3PbI3基矿钛层上的作为空穴传导层的Spiro-OMeTAD层；
(5)金属电极的制备：采用热蒸发法在步骤(4)所得Spiro-OMeTAD层上蒸镀一层厚80～150nm的金属电极，制得平面钙钛矿太阳能电池。
进一步地，步骤(1)中，所述四氯化钛水溶液中四氯化钛与水的体积比为1.5～4:100。
进一步地，步骤(1)中，所述透明导电衬底为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(FTO导电玻璃)，该掺杂氟的二氧化锡导电玻璃先经过紫外光处理10～20分钟后，再放入70℃的二氧化钛胶体溶液中浸泡50分钟，取出后依次用去离子水和乙醇冲洗，然后以200℃进行热处理。
进一步地，步骤(2)中，所述钙钛矿前驱液中CH3NH3I和PbI2的总质量百分比为40％。
进一步地，步骤(2)中，所述紫外光处理的时间为10分钟；所述旋涂的速度为4000转/分钟，时间为20秒。
进一步地，步骤(3)中，所述聚合物的氯苯溶液是浓度为0.2～0.6mg/ml的聚甲基丙烯酸甲酯的氯苯溶液，或者是浓度为0.5～2.0mg/ml的聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)的氯苯溶液，或者是浓度为0.02～0.06mg/ml的聚乙二醇的氯苯溶液。通过选用浓度适宜的聚合物的氯苯溶液，确保所述平面钙钛矿太阳能电池具备高电池效率。
进一步地，步骤(3)中，所述旋涂的速度为4000转/分钟，时间为20秒；所述热处理的温度为100℃，时间为10分钟。
进一步地，步骤(5)中，所述金属电极为银电极，所述热蒸发在热蒸发仪中进行，并在(6×10-6)～(1×10-8)毫托的气压下，以1～10nm/min的速度进行蒸镀。
本发明还提供上述任一项所述的制备方法制得的平面钙钛矿太阳能电池。
本发明在结构为FTO/TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Ag的低温平面钙钛矿太阳能电池中引入PMMA、PEG、MEH-PPV的氯苯溶液修饰钙钛矿吸光层与空穴传导层间界面，所述制备方法容易实现，各个步骤的参数条件易于控制，制备成本低。
本发明不仅仅局限于采用FTO导电玻璃作为透明导电衬底、采用二氧化钛致密层作为电子传导层、采用CH3NH3PbI3基钙钛矿层作为钙钛矿层、采用Spiro-OMeTAD层作为空穴传导层、采用银电极作为金属电极，所有采用PMMA、MEH-PPV和PEG中任一种的氯苯溶液修饰CH3NH3PbI3基钙钛矿层与空穴传导层间的界面而制备的平面钙钛矿太阳能电池，均属于本发明的保护范围。
具体实施方式
本发明提供的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
(1)电子传导层的制备：先在冰水混合物中加入四氯化钛水溶液，配置二氧化钛胶体溶液。然后取清洁的透明导电衬底放入60～80℃的二氧化钛胶体溶液中浸泡40～60分钟，取出后依次用去离子水和乙醇冲洗，再以180～220℃进行热处理30～60分钟，得到制备在透明导电衬底上的作为电子传导层的二氧化钛致密层。
(2)钙钛矿层的制备：将摩尔比为1:1的CH3NH3I与PbI2溶解于二甲基亚砜与γ-丁内酯的混合溶液中，得到钙钛矿前驱液。对步骤(1)所得的二氧化钛致密层进行紫外光处理8～15分钟，然后在其上滴加钙钛矿前驱液，旋涂后得到制备在二氧化钛致密层上的作为钙钛矿层的CH3NH3PbI3基矿钛层；
(3)界面修饰：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上旋涂聚合物的氯苯溶液，然后对其进行80～120℃的热处理5～20分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层；
(4)空穴传导层的制备：在步骤(3)所得的经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层上旋涂含有0.08M Spiro-OMeTAD、0.064M LiTFSI以及0.064M Spiro-OMeTAD的氯苯混合溶液，然后将其放置在避光干燥的空气中6～8小时，得到制备在CH3NH3PbI3基矿钛层上的作为空穴传导层的Spiro-OMeTAD层。
(5)金属电极的制备：采用热蒸发法在步骤(4)所得Spiro-OMeTAD层上蒸镀一层厚80～150nm的金属电极，制得平面钙钛矿太阳能电池。
制得的平面钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的透明导电衬底、电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极。
具体地，所述透明导电衬底为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃。所述电子传导层为二氧化钛致密层。所述钙钛矿层为CH3NH3PbI3基矿钛层。所述空穴传导层为Spiro-OMeTAD层。所述金属电极为80～150nm厚的银电极。
实施例1
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池具体按以下步骤进行：
(1)二氧化钛致密层的制备：先在冰水混合物中加入四氯化钛与水的体积比为1.5～4:100的四氯化钛水溶液，配置二氧化钛胶体溶液。然后取清洁的掺杂氟的二氧化锡导电玻璃用紫外灯照10～20分钟后，放入70℃的二氧化钛胶体溶液中浸泡50分钟，取出后依次用去离子水和乙醇冲洗，然后以200℃进行热处理30～60分钟，得到制备在掺杂氟的二氧化锡导电玻璃上的二氧化钛致密层。
(2)CH3NH3PbI3基矿钛层的制备：将摩尔比为1:1的CH3NH3I与PbI2溶解于二甲基亚砜与γ-丁内酯的混合溶液中，得到CH3NH3I和PbI2的总质量百分比为40％的钙钛矿前驱液。对步骤(1)所得的二氧化钛致密层进行紫外光处理10分钟，然后在其上滴加钙钛矿前驱液，再以4000转/分钟的速度旋涂20秒后，得到制备在二氧化钛致密层上的CH3NH3PbI3基矿钛层。
(3)界面修饰：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.6mg/ml的PMMA氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
(4)Spiro-OMeTAD层的制备：在步骤(3)所得的经过修饰的CH3NH3PbI3-xClx基矿钛层上旋涂含有0.08M Spiro-OMeTAD、0.064M LiTFSI以及0.064M Spiro-OMeTAD的氯苯混合溶液，然后将其放置在避光干燥的空气中6～8小时以充分氧化，得到制备在CH3NH3PbI3-xClx基矿钛层上的Spiro-OMeTAD层。
(5)银电极的制备：在热蒸发仪中，在(6×10-6)～(1×10-8)毫托的气压下以1～10nm/min的速度在步骤(4)所得Spiro-OMeTAD层上蒸镀一层厚80～150nm的银电极，然后取出蒸好银电极的电池，即得到制备好的平面钙钛矿太阳能电池。
实施例2
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.2mg/ml的PMMA氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例3
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.4mg/ml的PMMA氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例4
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为2mg/ml的MEH-PPV氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例5
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为1mg/ml的MEH-PPV氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例6
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.5mg/ml的MEH-PPV氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例7
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.06mg/ml的PEG氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例8
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.02mg/ml的PEG氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
实施例9
本实施例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂浓度为0.04mg/ml的PEG氯苯溶液20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
对比例
本对比例制备平面钙钛矿太阳能电池的步骤与实施例1大致相同，不同之处在于，步骤(3)界面修饰改为：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上以4000转/分钟的速度旋涂氯苯20秒，然后对其进行100℃的热处理10分钟，得到未经过聚合物修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层。
在室温环境下，使用Newport公司的91159太阳光模拟器，在光强为100mW/cm2条件下分别对实施例1-9和对比例制得的平面钙钛矿太阳能电池进行性能测试，测试结果如下表1。
表1
由表1可知，本发明的经过聚合物修饰的平面钙钛矿太阳能电池的电池效率明显高于未经过聚合物修饰的平面钙钛矿太阳能电池。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法通过在透明导电衬底上依序制备出电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极，得到由透明导电衬底、电子传导层、钙钛矿层、空穴传导层和金属电极依次层叠而成的平面钙钛矿太阳能电池；其特征在于：在制备钙钛矿层之后、制备空穴传导层之前进行界面修饰，所述界面修饰为：直接在制得的钙钛矿层上旋涂聚合物的氯苯溶液，然后对其进行热处理，得到经过修饰的钙钛矿层，所述聚合物为聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)和聚乙二醇中的任意一种；该制备方法具体包括以下步骤：
(1)电子传导层的制备：先在冰水混合物中加入四氯化钛水溶液，配置二氧化钛胶体溶液，然后取清洁的透明导电衬底放入60～80℃的二氧化钛胶体溶液中浸泡40～60分钟，取出后依次用去离子水和乙醇冲洗，再以180～220℃进行热处理30～60分钟，得到制备在透明导电衬底上的作为电子传导层的二氧化钛致密层；
(2)钙钛矿层的制备：将摩尔比为1:1的CH3NH3I与PbI2溶解于二甲基亚砜与γ-丁内酯的混合溶液中，得到钙钛矿前驱液，对步骤(1)所得的二氧化钛致密层进行紫外光处理8～15分钟，然后在其上滴加钙钛矿前驱液，旋涂后得到制备在二氧化钛致密层上的作为钙钛矿层的CH3NH3PbI3基矿钛层；
(3)界面修饰：在步骤(2)所得的CH3NH3PbI3基矿钛层上旋涂聚合物的氯苯溶液，然后对其进行80～120℃的热处理5～20分钟，得到经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层；所述聚合物的氯苯溶液是浓度为0.5～2.0mg/ml的聚(2-甲氧基,5(2'-乙基己氧基)-1,4-苯撑乙烯撑)的氯苯溶液，或者是浓度为0.02～0.06mg/ml的聚乙二醇的氯苯溶液；
(4)空穴传导层的制备：在步骤(3)所得的经过修饰的CH3NH3PbI3基矿钛层上旋涂含有0.08M Spiro-OMeTAD、0.064M LiTFSI以及0.064M Spiro-OMeTAD的氯苯混合溶液，然后将其放置在避光干燥的空气中6～8小时，得到制备在CH3NH3PbI3基矿钛层上的作为空穴传导层的Spiro-OMeTAD层；
(5)金属电极的制备：采用热蒸发法在步骤(4)所得Spiro-OMeTAD层上蒸镀一层厚80～150nm的金属电极，制得平面钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述四氯化钛水溶液中四氯化钛与水的体积比为1.5～4:100。
3.根据权利要求2所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述透明导电衬底为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃，该掺杂氟的二氧化锡导电玻璃先经过紫外光处理10～20分钟后，再放入70℃的二氧化钛胶体溶液中浸泡50分钟，取出后依次用去离子水和乙醇冲洗，然后以200℃进行热处理。
4.根据权利要求3所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述钙钛矿前驱液中CH3NH3I和PbI2的总质量百分比为40％。
5.根据权利要求4所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述紫外光处理的时间为10分钟；所述旋涂的速度为4000转/分钟，时间为20秒。
6.根据权利要求1-5任一项所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述旋涂的速度为4000转/分钟，时间为20秒；所述热处理的温度为100℃，时间为10分钟。
7.根据权利要求1所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤(5)中，所述金属电极为银电极，所述热蒸发在热蒸发仪中进行，并在(6×10-6)～(1×10-8)毫托的气压下，以1～10nm/min的速度进行蒸镀。
8.权利要求1-7任一项所述的制备方法制得的平面钙钛矿太阳能电池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710831994.5A CN107706309B (zh) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710831994.5A CN107706309B (zh) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107706309A CN107706309A (zh) | 2018-02-16 |
| CN107706309B true CN107706309B (zh) | 2020-05-26 |
Family
ID=61171714
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710831994.5A Expired - Fee Related CN107706309B (zh) | 2017-09-15 | 2017-09-15 | 一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107706309B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108511606B (zh) * | 2018-03-30 | 2019-12-03 | 重庆大学 | 一种高短路电流、高转化效率的钙钛矿太阳能电池制备方法及产品 |
| CN109545972B (zh) * | 2018-11-23 | 2022-12-02 | 浙江昱辉阳光能源江苏有限公司 | 一种高稳定性钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN109860399B (zh) * | 2019-04-10 | 2021-08-24 | 南昌大学 | 一种自密性钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105244449A (zh) * | 2015-09-13 | 2016-01-13 | 北京化工大学 | 一种钙钛矿太阳能电池 |
| CN106025075A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-12 | 华南师范大学 | 一种潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN106410046A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-02-15 | 吉林大学 | 一种含有疏水性电极修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN106684247A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-05-17 | 中南大学 | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN106920880A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-04 | 常州大学 | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN107146852A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-09-08 | 华南师范大学 | 一种通过引入铵盐在潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法 |
-
2017
- 2017-09-15 CN CN201710831994.5A patent/CN107706309B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105244449A (zh) * | 2015-09-13 | 2016-01-13 | 北京化工大学 | 一种钙钛矿太阳能电池 |
| CN106025075A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-10-12 | 华南师范大学 | 一种潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN106410046A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-02-15 | 吉林大学 | 一种含有疏水性电极修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN106684247A (zh) * | 2017-03-15 | 2017-05-17 | 中南大学 | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN107146852A (zh) * | 2017-04-06 | 2017-09-08 | 华南师范大学 | 一种通过引入铵盐在潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN106920880A (zh) * | 2017-05-02 | 2017-07-04 | 常州大学 | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Dongqin Bi等.Polymer-templated nucleation and crystal growth of perovskite films for solar cells with efficiency greater than 21%.《Nature Energy》.2016,第1卷 * |
| Feijiu Wang等.Highly Efficient and Stable Perovskite Solar Cells by Interfacial Engineering Using Solution-Processed Polymer Layer.《J. Phys. Chem. C 》.2016,第121卷 * |
| Growing perovskite into polymers for easy-processable optoelectronic devices;Sofia Masi等;《Scientific Reports》;20150131;第5卷;第1页第2段至第5页第2栏第2段，图1-5 * |
| Polymer-templated nucleation and crystal growth of perovskite films for solar cells with efficiency greater than 21%;Dongqin Bi等;《Nature Energy》;20160919;第1卷;第1页第1栏第2段至第4页第2栏第2段，图1-3 * |
| Tuning perovskite morphology by polymer additive for high efficiency solar cell;C.Y. Chang等;《ACS Appl. Mater. Interfaces》;20150213;第7卷;第4956页第1栏第2段至4960页第1栏第4段，图1-6 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107706309A (zh) | 2018-02-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106784328B (zh) | 高性能钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池 | |
| CN109461818B (zh) | 一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110246967B (zh) | 一种低温制备柔性钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN109524548B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107482122B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
| CN108565339B (zh) | 含富勒烯衍生物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108767117B (zh) | 一种基于碳量子点掺杂反溶剂钝化晶界缺陷的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111092160B (zh) | 一种钝化反型结构钙钛矿太阳能电池下界面的方法 | |
| CN107706309B (zh) | 一种平面钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN109378386B (zh) | 调控无铅钙钛矿太阳能电池形貌的方法及制备的电池器件 | |
| CN108336249B (zh) | 一种基于直链有机二胺低维钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| CN108831998B (zh) | 一种基于聚电解质无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN109728169B (zh) | 一种掺杂有功能添加剂的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN108666424B (zh) | 一种基于醋酸甲胺室温熔盐作绿色溶剂制备钙钛矿太阳能电池及其方法和应用 | |
| CN108922971B (zh) | 一种快速提升基于有机空穴传输层钙钛矿太阳能电池性能的工艺 | |
| CN110299455B (zh) | 一种调控无铅钙钛矿太阳能电池表面形貌的制备方法 | |
| CN111933801B (zh) | 一种具有六氟磷酸胍界面修饰层的反向平面钙钛矿太阳电池器件及其制备方法 | |
| CN114497390A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN107146852B (zh) | 一种通过引入铵盐在潮湿空气中制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN110277498B (zh) | 一种钙钛矿电池的制备方法 | |
| CN107799654B (zh) | 一种高效率平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108832001B (zh) | 一种无铅钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法 | |
| CN110311037B (zh) | 一种柔性钙钛矿太阳能电池用空穴传输层及其制备方法和应用 | |
| CN112687808A (zh) | 一种基于硫酸盐掺杂的高稳定钙钛矿太阳能电池 | |
| CN106960911A (zh) | 一种双光敏层杂化太阳能电池及其制备方法 |
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: 20200526 |
|
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |