CN107887511A - 一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法 - Google Patents

一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，将石墨烯相氮化碳掺杂到钙钛矿前驱体溶液中制备钙钛矿太阳能电池，该方法有如下优势：（1）材料合成所需原料价格低廉且产物毒性小；（2）有效减缓退火过程中溶剂的挥发，使钙钛矿薄膜结晶更加均匀致密；（3）增大钙钛矿层晶粒结晶尺寸，有效减少电荷易复合的晶界，提高器件填充因子；（4）钝化钙钛矿薄膜表面，有效改善器件的迟滞现象；（5）改善钙钛矿薄膜表面的导电性，有效减小界面接触电阻，提高器件短路电流。本发明制作工艺简单便捷，制备难度低；通过石墨烯相氮化碳的掺杂，钙钛矿薄膜平整性和均一性得到有效提高，通过一系列梯度掺杂，器件性能有显著变化。

Description

一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的 方法
技术领域
本发明属于光伏器件领域，尤其涉及一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法。
背景技术
有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池以其独特的光学特性以及简单的制备工艺被认为是可以与无机硅太阳能电池相媲美的一种能源形式。经过几年的发展，其光电转换效率已超过22%，人们从材料，薄膜制备技术，器件结构以及物理机制进行了一系列的深入研究。钙钛矿太阳能电池有平面型和多孔型两种器件结构。平面型钙钛矿电池以其简单的制备工艺以及低温薄膜处理技术得到广泛关注。在平面结构中，钙钛矿层处于电子传输层与空穴传输层之间，该层薄膜高质量的结晶和优质的表面形貌是器件获得高效率的关键。钙钛矿层的生长是一个复杂的过程，依赖于前驱体溶剂的选择，退火过程的温度和时间的控制等，当前常用的改善钙钛矿薄膜质量的方法是通过溶剂调节。当然一些表面钝化的处理也是至关重要的，但内在的机制仍然是模糊的，需要进一步的探索。
发明内容
针对现有的制备纯有机无机杂化钙钛矿薄膜结晶缺陷多，薄膜不致密，结晶过程形成的晶界较多等缺点，本发明提供一种二维材料石墨烯相氮化碳（g-C3N4）作为添加剂介入到钙钛矿前驱体溶液中制备钙钛矿太阳能电池的制备方法，该制备方法在不改变器件制备工艺的前提下，引入了无毒的二维材料作为添加剂，有效的改善了钙钛矿薄膜的结晶状况，减少了薄膜缺陷，使得器件制备稳定且提高了器件光电转换效率。
本发明采用以下技术方案，一种二维材料石墨烯相氮化碳作为添加剂介入到钙钛矿前驱体溶液中制备钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法的制备步骤如下：
（1）在FTO透明导电玻璃基片上沉积电子传输层TiO2薄膜；
（2）制备钙钛矿前驱体溶液；将石墨烯相氮化碳采用多种有机溶剂分别配置成前驱体添加剂，将每种有机溶剂配置的前驱体添加剂分别加入到钙钛矿前驱体溶液中，制备石墨烯相氮化碳前驱体添加剂掺杂的钙钛矿前驱体溶液；
（3）将步骤（1）沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理后取出传至手套箱，分别将步骤（2）制备的掺杂石墨烯相氮化碳前驱体添加剂的钙钛矿前驱体溶液在基片上利用旋涂方法制备薄膜，所述旋涂过程分为低速和高速两步，并且在高速阶段过程中滴加氯苯作为反溶剂；静置1-10min后，将基片转移至加热台上进行退火处理；
（4）在步骤（3）制备的薄膜上通过旋涂法加工空穴传输层2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴；
（5）在步骤（4）制备的空穴传输层上利用热蒸发技术沉积薄膜三氧化钼和银电极。
进一步的，所述步骤（1）的具体操作步骤为：将FTO透明导电玻璃基片用去离子水、丙酮、乙醇反复超声清洗三次，然后烘烤20min至完全去除溶剂和水分；接着将处理后的FTO用紫外灯和臭氧处理25 min，再把处理后的FTO利用溶液沉积上电子传输层TiO2，TiO2的沉积方法为四氯化钛加入超纯水中，将4.5 mL 四氯化钛缓慢滴入由200 mL 超纯水冻成的冰块内，待融化剩余微量冰块时，放入70℃烘箱，沉积反应1h，用超纯水将基片冲洗干净，沉积好的基片放入烘干箱备用，TiO2薄膜厚度约40 nm；
进一步的，所述步骤（2）的具体操作步骤为：分别称量1mol 碘甲胺和碘化铅加入1mL由二甲基亚砜和γ -丁内酯组成的混合溶剂中，所述混合溶剂中二甲基亚砜和γ -丁内酯的体积比为3：7，制得钙钛矿前驱体溶液；将石墨烯相氮化碳采用多种有机溶剂配置成前驱体添加剂，将每种有机溶剂配置的前驱体添加剂分别加入到钙钛矿前驱体溶液中，制备石墨烯相氮化碳前驱体添加剂掺杂的钙钛矿前驱体溶液；
进一步的，所述步骤（3）的具体操作步骤为：将步骤（1）沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理25min后取出传至手套箱，分别将步骤（2）制备的掺杂石墨烯相氮化碳前驱体添加剂的钙钛矿材料在基片上利用旋涂方法制备薄膜，所述旋涂过程分为低速和高速两步，并且在高速阶段的第20s滴加180μL氯苯作为反溶剂；静置5min后，将基片转移至加热台上进行退火处理。
优选的，所述步骤（2）中有机溶剂为N-N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或乙醇。
优选的，所述步骤（2）中石墨烯相氮化碳前驱体添加剂的添加体积为30μL，每种溶剂配置的石墨烯相氮化碳前驱体添加剂加入到钙钛矿前驱体溶液的掺杂质量分数为0.30-1.20 wt%。
优选的，所述步骤（3）中的旋涂条件为低速2000转/20s，然后高速4000转/40s。
优选的，所述步骤（3）中的退火过程为100°/10min。
优选的，，所述步骤（4）中的旋涂转速为5000转，旋涂时间为40s。
优选的，所述步骤（4）中的薄膜MoO3和银电极的厚度分别为10nm和100nm。
有益效果：本发明提供了一种新颖的提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的方法，将常用于光催化领域的二维材料石墨烯相氮化碳g-C3N4作为添加剂介入到钙钛矿前驱体溶液中，该方法有如下优势：（1）合成二维材料g-C3N4的原料尿素价格低廉且简单易得，合成的添加剂安全毒性小；（2）添加剂对钙钛矿前驱体溶液无影响，不会影响钙钛矿溶液成膜；（3）直接将添加剂加入前驱体溶液，在器件制作上将不会造成繁琐的工序；（4）在钙钛矿层结晶过程中，添加剂的使用能有效减缓退火过程中溶剂的挥发，使钙钛矿薄膜结晶更加均匀致密；（4）使用添加剂处理后的钙钛矿薄膜，结晶尺寸增大，有效减少电荷易复合的晶界，起到表面钝化的作用，有效器件填充因子；（5）钙钛矿薄膜在经过添加剂的处理，表面钝化后，能有效改善器件的迟滞现象；（6）石墨烯相氮化碳能改善钙钛矿薄膜表面的导电性，有效减小界面接触电阻，提高器件短路电流，进而促进器件光电转换效率的提高。本发明的方法比较新颖，器件制作工艺简单便捷，制备难度低，器件性能稳定；通过二维添加剂的介入，钙钛矿薄膜平整性和均一性得到有效提高，通过一系列的梯度掺杂，器件性能有显著的变化。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1 为本发明的结构示意图（A）以及掺杂的g-C3N4（B）的透射电镜图。
图2 为实施例3条件下制备的未掺杂和掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜的扫描电子显微镜和原子力电子显微镜图像。图2(a)显示的是未掺杂的钙钛矿薄膜的AFM图，（b-d）显示的是分别掺杂g-C3N4 (DMF), g-C3N4 (乙醇)和g-C3N4 (DMSO)后的钙钛矿薄膜的AFM图。图2(e)显示的是未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜的SEM图，（f-h）显示的是分别掺杂g-C3N4 (DMF)，g-C3N4 (乙醇)和g-C3N4 (DMSO)后的钙钛矿薄膜的SEM图。
图3为未掺杂和掺杂g-C3N4的钙钛矿层晶粒尺寸大小统计图。参比对象为未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜和掺杂g-C3N4 (DMF)的钙钛矿薄膜，掺杂的质量分数为0.60 wt%。
图4为未掺杂和掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜的导电AFM图像。参比对象为未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜（a）和掺杂g-C3N4 (DMF)（b）的钙钛矿薄膜，掺杂的质量分数为0.60 wt%。
图5为未掺杂和掺杂g-C3N4的钙钛矿前驱体溶液的核磁共振氢谱（a,b）以及退火过程中未掺杂和掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜颜色变化过程图（c）。参比对象为未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜和掺杂g-C3N4 (DMF)的钙钛矿薄膜，掺杂的质量分数为0.60 wt%。
图6为g-C3N4在同种溶剂不同掺杂含量的条件下的钙钛矿太阳能电池器件的光电特性曲线图，其中图（a）的溶剂为DMF，图（b）的溶剂为乙醇，图（c）的溶剂为DMSO。
图7为未掺杂和只掺杂不同溶剂（加入的体积相同）的条件下，钙钛矿太阳能电池器件的光电特性曲线图。
图8为未掺杂和掺杂相同质量分数的不同溶剂配置的g-C3N4（掺杂的质量分数为0.60 wt%）的条件下，钙钛矿太阳能电池器件的光电特性曲线图。
图9为未掺杂和掺杂g-C3N4(DMF)（掺杂的质量分数为0.60 wt%）的条件下钙钛矿太阳能电池器件J-V正反方向电压扫描图。
具体实施方式
以下实施例中使用的FTO透明导电玻璃基片购自Lumitec LTD.公司，PbCl2、MAI购自Sigma Aldrich公司，纯度大于99.999%。
g-C3N4的合成方法如下：将20 g 尿素加入到刚玉坩埚内（加盖子），以每分钟5℃的温度间隔升温至550℃，在此温度下加热3 h, 自然冷却至室温得到产物。
实施例1：用g-C3N4掺杂钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿太阳能电池：
电池的器件结构为：FTO/TiO2/钙钛矿层（Perovskite）/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag
该实例中钙钛矿前驱体溶液的制备方法如下：将g-C3N4 使用不同的溶剂配置成前驱体添加剂，所用溶剂分别为DMF、DMSO、乙醇，分别将前驱体添加剂按照一定掺杂比例加入钙钛矿前驱体溶液中，钙钛矿前驱体的配制方法如下：MAI 与PbI2摩尔比例为1：1，即分别称量1摩尔加入1毫升混合溶剂DMSO和GBL中，混合溶剂中DMSO和GBL的体积比为3：7。加入的前驱体添加剂的量均为30μL，每种溶剂配置的g-C3N4的掺杂质量分数分别为0.30 wt%、0.60wt%、1.20 wt%。
钙钛矿太阳能电池的制备过程：
（1）将FTO透明导电玻璃基片用去离子水、丙酮、乙醇反复超声清洗三次，然后烘烤20min至完全去除溶剂和水分；接着将处理后的FTO用紫外灯和臭氧处理25 min，再把处理后的FTO利用溶液沉积上电子传输层TiO2，TiO2的沉积方法为四氯化钛加入超纯水中，将4.5mL 四氯化钛缓慢滴入由200 mL 超纯水冻成的冰块内，待融化剩余微量冰块时，放入70℃烘箱，沉积反应1h，用超纯水将基片冲洗干净，沉积好的基片放入烘干箱备用，TiO2薄膜厚度约40 nm；
（2）将沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理25min后取出传至手套箱，分别将掺杂（每种溶剂配置的g-C3N4的掺杂质量分数分别为0.30 wt%、0.60 wt%、1.20 wt%）与未掺杂g-C3N4前驱体添加剂的钙钛矿前驱体溶液在基片上成膜，利用旋涂方法制备薄膜，旋涂过程分为两步，分别是低速2000转/20s，高速4000转/40s，并且在高速阶段的第20s滴加180μL氯苯作为反溶剂，加速钙钛矿溶剂的挥发。静置5min后，将基片转移至加热台上进行退火处理，退火过程为100°/10min。
（3）制备成薄膜后，再制备空穴传输层Spiro-OMeTAD，制备方法为旋涂法，转速为5000转，旋涂时间为40s。再利用热蒸发技术沉积薄膜MoO3和银电极，厚度分别为10nm和100nm。
（4）制备好的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线如图6所示，从图中可以看出，掺杂后的钙钛矿器件效率得到显著的提高，特别是性能参数中填充因子有明显提高。当掺杂材料的质量分数为0.6%时，器件呈现出最优化的性能。
实施例2：用掺杂g-C3N4前驱体添加剂的钙钛矿前驱体溶液制备成钙钛矿太阳能电池：
电池的器件结构为：FTO/TiO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag
该实例中钙钛矿前驱体溶液的制备方法如下：将配置g-C3N4前驱体添加剂所用溶剂DMF、DMSO、乙醇按照与实例1相同的量(溶剂的量均为30μL)加入钙钛矿前驱体溶液中，制备钙钛矿太阳能电池器件。
钙钛矿太阳能电池的制备过程：
（1）基片的处理方法同实施例1，将沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理25min后取出传至手套箱，分别将掺杂与未掺杂DMF、DMSO、乙醇溶剂的钙钛矿前驱体溶液在基片上成膜，利用旋涂方法制备薄膜，旋涂过程分为两步，分别是低速2000转/20s，高速4000转/40s，并且在高速阶段的第20s滴加180μL氯苯作为反溶剂，加速钙钛矿溶剂的挥发。退火过程为100°/10min。
（2）制备成薄膜后，再制备空穴传输层Spiro-OMeTAD，制备方法为5000转/40s。再利用热蒸发技术沉积薄膜MoO3和银电极，厚度分别为10nm和100nm。
（3）制备好的钙钛矿太阳能电池的J-V曲线如图7所示，从图中可以看出，掺杂后的钙钛矿器件效率几乎没有变化，说明微量的溶剂掺杂并不会对器件性能造成影响。
结合上面两个实例，我们发现添加剂溶剂为DMF的时候，器件效率最高，且相同的掺杂比例在不同溶剂的条件下，器件性能也会有所不同。于是进行了实例3实验的一个对比。
实施例3：用g-C3N4（相同掺杂比例，不同配置溶剂条件下）掺杂钙钛矿前驱体溶液制备钙钙钛矿太阳能电池的制备过程：
电池的器件结构为：FTO/TiO2/Perovskite/Spiro-OMeTAD/MoO3/Ag
该实例中钙钛矿前驱体溶液的制备方法如下：将g-C3N4 使用不同溶剂配置成前驱体添加剂，所用溶剂分别为DMF、DMSO、乙醇，分别将不同溶剂配置的前驱体添加剂按照相同的掺杂比例（质量分数0.6 wt%, 溶剂的量均为30μL）加入钙钛矿前驱体溶液中，制备成器件；
钙钛矿层的形成过程：
（1）基片的处理方法同实施例1，将沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理25min后取出传至手套箱，分别将掺杂与未掺杂的钙钛矿材料在基片上成膜，利用旋涂方法制备薄膜，旋涂过程分为两步，分别是低速2000转/20s，高速4000转/40s，并且在高速阶段的第20s滴加180μL氯苯作为反溶剂，加速钙钛矿溶剂的挥发。退火过程为100°/10min。
（2）制备成薄膜后，再制备空穴传输层Spiro-OMeTAD，制备方法为旋涂法，转速为5000转，旋涂时间为40s。再利用热蒸发技术沉积薄膜MoO3和银电极，厚度分别为10nm和100nm。
（3）图8所示的器件光电特性曲线图可以看出，在使用不同溶剂（相同比例）制备添加剂的前驱体溶液后，再介入到钙钛矿前驱体溶液中，J-V曲线变化最为显著的是使用DMF作为添加剂溶剂的条件下。器件各项性能参数均得到提高。
图2所示的是实施例3制备的不同的钙钛矿薄膜的形貌，图2(a)显示的是未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜的AFM图，（b-d）显示的是分别掺杂g-C3N4 (DMF)、g-C3N4 (乙醇)和g-C3N4 (DMSO)后的钙钛矿薄膜的AFM图。薄膜表面粗糙度分别为9.4nm, 5.5nm, 6.1nm和7.0n，从AFM图中可看出，掺杂后的钙钛矿薄膜更为平整，有序度提高，粗糙度有所减小。图2(e)显示的是未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜的SEM图，（f-h）显示的是分别掺杂g-C3N4 (DMF)、g-C3N4 (乙醇)和g-C3N4 (DMSO)后的钙钛矿薄膜的SEM图。从SEM图中可明显观察到掺杂后的钙钛矿薄膜结晶颗粒有所增加，且更为致密。
图3所示的为从图2的SEM图统计出的晶粒尺寸变化图，可明显看出结晶尺寸的增大。参比对象为未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜和掺杂g-C3N4 (DMF)的钙钛矿薄膜，掺杂比例为0.60 wt%。
图4所示的图为钙钛矿薄膜的导电AFM图，从图像上可看到，掺杂后的钙钛矿薄膜表面的导电性有显著提高，对电压的响应及其敏感。参比对象为未掺杂g-C3N4的钙钛矿薄膜和掺杂g-C3N4 (DMF)的钙钛矿薄膜，掺杂比例为0.60 wt%。
图5所示的图为掺杂和未掺杂g-C3N4的钙钛矿前驱体溶液的核磁共振氢谱以及在钙钛矿层退火过程中，薄膜表面的颜色变化图像。参比对象为未掺杂的钙钛矿薄膜和掺杂g-C3N4 (DMF)的钙钛矿薄膜，掺杂比例为0.60 wt%。从图中可以看到，掺杂后的钙钛矿前驱体氢谱有明显的磁场偏移，这说明添加剂中的碳与钙钛矿氢元素之间的作用力对钙钛矿的结晶有显著的影响。从退火过程钙钛矿薄膜颜色变化的图像上可以得到下列信息：掺杂后的钙钛矿薄膜结晶速度有所减缓，溶剂挥发的更加均匀，且薄膜表面颜色变化更加均匀，这对钙钛矿层的结晶是十分重要的。
图9显示的是掺杂和未掺杂器件的J-V曲线正反双向扫描的结果，从图中可看到，掺杂后的器件正反扫描结果没有大的区别，即添加剂的掺入能有效改善电池器件的迟滞现象。

Claims (8)

1.一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）在FTO透明导电玻璃基片上沉积电子传输层TiO2薄膜；
（2）制备钙钛矿前驱体溶液；将石墨烯相氮化碳采用多种有机溶剂分别配置成前驱体添加剂，将每种有机溶剂配置的前驱体添加剂分别加入到钙钛矿前驱体溶液中，制备石墨烯相氮化碳前驱体添加剂掺杂的钙钛矿前驱体溶液；
（3）将步骤（1）沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理后取出传至手套箱，分别将步骤（2）制备的掺杂石墨烯相氮化碳前驱体添加剂的钙钛矿前驱体溶液在基片上利用旋涂方法制备薄膜，所述旋涂过程分为低速和高速两步，并且在高速阶段过程中滴加氯苯作为反溶剂；静置1-10min后，将基片转移至加热台上进行退火处理；
（4）在步骤（3）制备的薄膜上通过旋涂法加工空穴传输层2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴；
（5）在步骤（4）制备的空穴传输层上利用热蒸发技术沉积薄膜三氧化钼和银电极。
2.根据权利要求1所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（1）的具体操作步骤为：将FTO透明导电玻璃基片用去离子水、丙酮、乙醇反复超声清洗三次，然后烘烤20min至完全去除溶剂和水分；接着将处理后的FTO用紫外灯和臭氧处理25 min，再把处理后的FTO利用溶液沉积上电子传输层TiO2，TiO2的沉积方法为四氯化钛加入超纯水中，将4.5 mL 四氯化钛缓慢滴入由200 mL 超纯水冻成的冰块内，待融化剩余微量冰块时，放入70℃烘箱，沉积反应1h，用超纯水将基片冲洗干净，沉积好的基片放入烘干箱备用，TiO2薄膜厚度约40 nm；
所述步骤（2）的具体操作步骤为：分别称量1mol 碘甲胺和碘化铅加入1mL由二甲基亚砜和γ -丁内酯组成的混合溶剂中，所述混合溶剂中二甲基亚砜和γ -丁内酯的体积比为3：7，制得钙钛矿前驱体溶液；将石墨烯相氮化碳采用多种有机溶剂配置成前驱体添加剂，将每种有机溶剂配置的前驱体添加剂分别加入到钙钛矿前驱体溶液中，制备石墨烯相氮化碳前驱体添加剂掺杂的钙钛矿前驱体溶液；
所述步骤（3）的具体操作步骤为：将步骤（1）沉积好TiO2的FTO基片放在臭氧机里臭氧处理25min后取出传至手套箱，分别将步骤（2）制备的掺杂石墨烯相氮化碳前驱体添加剂的钙钛矿材料在基片上利用旋涂方法制备薄膜，所述旋涂过程分为低速和高速两步，并且在高速阶段的第20s滴加180μL氯苯作为反溶剂；静置5min后，将基片转移至加热台上进行退火处理。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（2）中有机溶剂为N-N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜或乙醇。
4.根据权利要求1或2所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（2）中石墨烯相氮化碳前驱体添加剂的添加体积为30μL，每种溶剂配置的石墨烯相氮化碳前驱体添加剂加入到钙钛矿前驱体溶液的掺杂质量分数为0.30-1.20 wt%。
5.根据权利要求1或2所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（3）中的旋涂条件为低速2000转/20s，然后高速4000转/40s。
6.根据权利要求1或2所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（3）中的退火过程为100°/10min。
7.根据权利要求1或2所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的旋涂转速为5000转，旋涂时间为40s。
8.根据权利要求1或2所述的一种基于二维材料石墨烯相氮化碳制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，所述步骤（4）中的薄膜MoO3和银电极的厚度分别为10nm和100nm。
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Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109037457A (zh) * 2018-06-25 2018-12-18 南京邮电大学 用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法及其应用
CN109370563A (zh) * 2018-10-17 2019-02-22 广西大学 一种卤铅铯钙钛矿荧光材料及其制备方法
CN109390471A (zh) * 2018-09-27 2019-02-26 苏州大学 一种基于二维花状材料二硫化钼制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN109461818A (zh) * 2018-10-19 2019-03-12 储天新能源科技（长春）有限公司 一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109545971A (zh) * 2018-11-16 2019-03-29 苏州大学 一种采用聚酯纤维笔刷涂布法的钙钛矿太阳能电池的制备工艺
CN109686846A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 常州大学 一种有机金属卤化物钙钛矿太阳电池的界面修饰方法
CN109728111A (zh) * 2018-12-21 2019-05-07 苏州大学 一种基于溴化铜制备高性能全无机钙钛矿太阳能电池的方法
CN109786566A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿前驱体溶液及其应用
CN109802038A (zh) * 2019-01-16 2019-05-24 苏州大学 NaTaO3作为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN109950406A (zh) * 2019-03-28 2019-06-28 信阳师范学院 一种具有石墨烯阻挡层的钙钛矿电池及其制备方法
CN110707220A (zh) * 2018-07-09 2020-01-17 上海交通大学 一种通过黑磷提高钙钛矿电池稳定性的方法
CN110743592A (zh) * 2019-10-25 2020-02-04 天津理工大学 一种钙钛矿光催化剂及其制备方法和应用
CN111129310A (zh) * 2019-12-09 2020-05-08 华东师范大学 一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法
CN111211225A (zh) * 2020-01-10 2020-05-29 湖北大学 太阳能电池介孔层浆料及制备方法、太阳能电池及制备方法和应用、发电模组、发电系统
CN111244286A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 电子科技大学 一种水平连续渐变的平面钙钛矿薄膜的制备方法及其应用
CN111883663A (zh) * 2020-09-03 2020-11-03 湖北大学 一种基于石墨相氮化碳片层材料双界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112201756A (zh) * 2020-10-10 2021-01-08 湖北大学 一种具有界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112892573A (zh) * 2021-01-20 2021-06-04 陕西师范大学 一种被cn包覆的钙钛矿复合材料及其制备方法和应用
CN113540360A (zh) * 2021-06-22 2021-10-22 湖北大学 一种制备基于纳米片层材料修饰卤化钙钛矿太阳能电池的方法以及产品
CN113540361A (zh) * 2021-06-23 2021-10-22 湖北大学 一种掺杂型材料修饰钙钛矿太阳能电池制备方法以及产品
CN113736464A (zh) * 2021-08-23 2021-12-03 湖北大学 稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法
CN113871533A (zh) * 2021-12-02 2021-12-31 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件
CN115000237A (zh) * 2022-04-27 2022-09-02 青海黄河上游水电开发有限责任公司 一种全透明钙钛矿太阳能电池及其制作方法
WO2023207240A1 (zh) * 2022-04-26 2023-11-02 苏州大学 一种限域退火法及钙钛矿薄膜或太阳能电池的制备方法
CN117729826A (zh) * 2023-12-08 2024-03-19 安徽大学 一种MXene掺杂的钙钛矿单晶及其同质结光电探测器制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105810442A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 长春工业大学 一种g-C3N4增强型太阳能电池的制造方法
CN106356456A (zh) * 2016-10-17 2017-01-25 北京科技大学 一种基于高质量钙钛矿异质结的太阳能电池及制备方法
CN106611819A (zh) * 2017-01-10 2017-05-03 太原理工大学 太阳能电池用钙钛矿薄膜的微纳结构界面诱导生长方法
CN106784328A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 中国科学院上海硅酸盐研究所 高性能钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池
EP3226317A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-04 National Central University Large-area perovskite film and perovskite solar cell or module and fabrication method thereof

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105810442A (zh) * 2016-03-16 2016-07-27 长春工业大学 一种g-C3N4增强型太阳能电池的制造方法
EP3226317A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-04 National Central University Large-area perovskite film and perovskite solar cell or module and fabrication method thereof
CN106356456A (zh) * 2016-10-17 2017-01-25 北京科技大学 一种基于高质量钙钛矿异质结的太阳能电池及制备方法
CN106784328A (zh) * 2016-12-31 2017-05-31 中国科学院上海硅酸盐研究所 高性能钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池
CN106611819A (zh) * 2017-01-10 2017-05-03 太原理工大学 太阳能电池用钙钛矿薄膜的微纳结构界面诱导生长方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YING-CHIH PU ET AL.: ""Methylamine lead bromide perovskite/protonated graphitic carbon nitride nanocomposites: interfacial charge carrier dynamics and photocatalysis"", 《J.MATER. CHEM. A》 *

Cited By (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109037457A (zh) * 2018-06-25 2018-12-18 南京邮电大学 用作电子传输层的氧化物薄膜的制备方法及其应用
CN110707220A (zh) * 2018-07-09 2020-01-17 上海交通大学 一种通过黑磷提高钙钛矿电池稳定性的方法
CN110707220B (zh) * 2018-07-09 2021-10-29 上海交通大学 一种通过黑磷提高钙钛矿电池稳定性的方法
CN109390471A (zh) * 2018-09-27 2019-02-26 苏州大学 一种基于二维花状材料二硫化钼制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN109390471B (zh) * 2018-09-27 2021-09-17 苏州大学 一种基于二维花状材料二硫化钼制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN109370563A (zh) * 2018-10-17 2019-02-22 广西大学 一种卤铅铯钙钛矿荧光材料及其制备方法
CN109461818A (zh) * 2018-10-19 2019-03-12 储天新能源科技（长春）有限公司 一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109461818B (zh) * 2018-10-19 2022-08-02 储天新能源科技（长春）有限公司 一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109545971A (zh) * 2018-11-16 2019-03-29 苏州大学 一种采用聚酯纤维笔刷涂布法的钙钛矿太阳能电池的制备工艺
CN109686846A (zh) * 2018-11-29 2019-04-26 常州大学 一种有机金属卤化物钙钛矿太阳电池的界面修饰方法
CN109728111A (zh) * 2018-12-21 2019-05-07 苏州大学 一种基于溴化铜制备高性能全无机钙钛矿太阳能电池的方法
CN109786566B (zh) * 2018-12-29 2023-05-12 昆山协鑫光电材料有限公司 钙钛矿前驱体溶液及其应用
CN109786566A (zh) * 2018-12-29 2019-05-21 苏州协鑫纳米科技有限公司 钙钛矿前驱体溶液及其应用
CN109802038A (zh) * 2019-01-16 2019-05-24 苏州大学 NaTaO3作为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN109802038B (zh) * 2019-01-16 2021-08-06 苏州大学 NaTaO3作为电子传输层制备钙钛矿太阳能电池的方法
CN109950406A (zh) * 2019-03-28 2019-06-28 信阳师范学院 一种具有石墨烯阻挡层的钙钛矿电池及其制备方法
CN110743592B (zh) * 2019-10-25 2022-09-13 天津理工大学 一种钙钛矿光催化剂及其制备方法和应用
CN110743592A (zh) * 2019-10-25 2020-02-04 天津理工大学 一种钙钛矿光催化剂及其制备方法和应用
CN111129310A (zh) * 2019-12-09 2020-05-08 华东师范大学 一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法
CN111129310B (zh) * 2019-12-09 2023-04-18 华东师范大学 一种引入辣椒素的钙钛矿薄膜制备方法
CN111211225A (zh) * 2020-01-10 2020-05-29 湖北大学 太阳能电池介孔层浆料及制备方法、太阳能电池及制备方法和应用、发电模组、发电系统
CN111244286A (zh) * 2020-01-21 2020-06-05 电子科技大学 一种水平连续渐变的平面钙钛矿薄膜的制备方法及其应用
CN111883663A (zh) * 2020-09-03 2020-11-03 湖北大学 一种基于石墨相氮化碳片层材料双界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112201756A (zh) * 2020-10-10 2021-01-08 湖北大学 一种具有界面修饰层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN112892573A (zh) * 2021-01-20 2021-06-04 陕西师范大学 一种被cn包覆的钙钛矿复合材料及其制备方法和应用
CN112892573B (zh) * 2021-01-20 2023-07-18 陕西师范大学 一种被cn包覆的钙钛矿复合材料及其制备方法和应用
CN113540360A (zh) * 2021-06-22 2021-10-22 湖北大学 一种制备基于纳米片层材料修饰卤化钙钛矿太阳能电池的方法以及产品
CN113540361A (zh) * 2021-06-23 2021-10-22 湖北大学 一种掺杂型材料修饰钙钛矿太阳能电池制备方法以及产品
CN113736464A (zh) * 2021-08-23 2021-12-03 湖北大学 稀土上转换纳米颗粒/类石墨相氮化碳复合材料、电池及制备方法
CN113871533A (zh) * 2021-12-02 2021-12-31 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种钙钛矿材料层的制备方法和电池器件
WO2023207240A1 (zh) * 2022-04-26 2023-11-02 苏州大学 一种限域退火法及钙钛矿薄膜或太阳能电池的制备方法
CN115000237A (zh) * 2022-04-27 2022-09-02 青海黄河上游水电开发有限责任公司 一种全透明钙钛矿太阳能电池及其制作方法
CN117729826A (zh) * 2023-12-08 2024-03-19 安徽大学 一种MXene掺杂的钙钛矿单晶及其同质结光电探测器制备方法
CN117729826B (zh) * 2023-12-08 2024-05-28 安徽大学 一种MXene掺杂的钙钛矿单晶及其同质结光电探测器制备方法

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