CN107919439B - 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107919439B
CN107919439B CN201711126966.XA CN201711126966A CN107919439B CN 107919439 B CN107919439 B CN 107919439B CN 201711126966 A CN201711126966 A CN 201711126966A CN 107919439 B CN107919439 B CN 107919439B
Authority
CN
China
Prior art keywords
perovskite
solar cell
perovskite solar
layer
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.)
Active
Application number
CN201711126966.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107919439A (zh
Inventor
向万春
张帆
姚希
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.)
Wuhan University of Technology WUT
Original Assignee
Wuhan University of Technology WUT
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 Wuhan University of Technology WUT filed Critical Wuhan University of Technology WUT
Priority to CN201711126966.XA priority Critical patent/CN107919439B/zh
Publication of CN107919439A publication Critical patent/CN107919439A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107919439B publication Critical patent/CN107919439B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

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
    • 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
    • H10K85/30—Coordination compounds
    • 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

Abstract

本发明提供一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过在钙钛矿吸光层中添加少量的疏水性高分子解决了现有钙钛矿太阳能电池不稳定、易吸水分解的问题。本发明提供的钙钛矿太阳能电池根据结构的不同，分为正式和反式两种，其钙钛矿吸光层均为ABX3结构，掺杂的疏水物质为聚二甲基硅氧烷(硅油)、氨基硅油、聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)、聚乙二醇中的任意一种，疏水物质的掺杂量不高于钙钛矿溶液的5wt％。本发明从钙钛矿分解原理入手，制得的钙钛矿太阳能电池在空气中的表现更加稳定。

Description

一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
能源问题和环境污染问题是21世纪摆在人类面前的两大难题，而人类能获取的最清洁且快捷方便的非太阳能莫属。基于有机无机杂化卤化物钙钛矿吸光材料制备的太阳能电池被称为钙钛矿太阳能电池，从2009年钙钛矿太阳能电池首次被制备，短短几年间其光电转化效率从3.8％大幅提升至现阶段的22.1％，已经接近硅太阳能电池的光电转化效率。与传统硅太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有制作工艺简单、成本低、尺寸能够任意定制等特点，成为目前最具潜力的太阳能电池。
虽然目前钙钛矿太阳能电池的相关研究和报道较多，但是目前钙钛矿太阳能电池仍面临着一系列亟待解决的问题，首当其冲的就是其稳定性问题。由于钙钛矿吸光层极易与空气中的水发生反应，从而导致钙钛矿的分解，造成电池无法继续工作。钙钛矿太阳能电池不稳定的特性，是影响其大规模商业化的重要原因。
科研工作者已经成功地通过物理改性的方法(如中国专利CN106058061A)，将长链疏水聚合物加入到钙钛矿前驱液中提高钙钛矿太阳能电池的稳定性。长链高分子进入到钙钛矿吸光层中，包裹钙钛矿晶粒，可以达到隔绝水氧的目的。但是这类疏水聚合物在钙钛矿溶液中的溶解性通常不太好，本发明考虑在长链高分子上加入基团，提高其在钙钛矿溶液中的溶解度。例如，在聚二甲基硅氧烷上加入氨基，得到的氨基硅油具有比聚二甲基硅氧烷更好的吸附性和相容性，同时氨基是一种Lewis碱，它能贡献出孤对电子，而钙钛矿薄膜中的I-空位，作为Lewis酸可以接受外来的孤对电子，两者一起结合形成Lewis酸碱加和物，这可以进一步提高钙钛矿吸光层的结晶程度，电池的稳定性和效率同时得到提升。此外，实验还证实，添加过多的长链疏水物质将会影响钙钛矿吸光层的吸光能力和结晶程度，因此，本发明将添加量控制在5wt％以下。
发明内容
本发明的目的在于解决现有钙钛矿太阳能电池易吸水分解不稳定的问题，提供一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过该方法制得的正式、反式钙钛矿太阳能电池在空气中稳定性好，光电转换效率较高。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种稳定的钙钛矿太阳能电池，包括正式结构和反式结构，正式结构的钙钛矿太阳能电池自下至上依次为导电基底、电子传输层、掺杂有疏水物质的钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属对电极，反式结构的钙钛矿太阳能电池自下至上依次为导电基底、空穴传输层、掺杂有疏水物质的钙钛矿吸光层、电子传输层以及金属对电极。
按照上述方案，钙钛矿吸光层中掺杂的疏水物质为聚二甲基硅氧烷(硅油)、氨基硅油、聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)、聚乙二醇中的任意一种，疏水物质的掺杂量不高于钙钛矿溶液的5wt％。
按照上述方案，所述钙钛矿吸光层为ABX3结构，其中A为CH3NH2、(CH3)2NH、NH2(CH2)2NH2、Cs、Rb中的任意一种或几种，B为Pb、Sn、Bi、In中的任意一种或几种，X为Cl、Br、I、SCN中的任意一种或几种。
按照上述方案，所述导电基底为掺氟氧化锡(FTO)导电玻璃或掺铟氧化锡(ITO)导电玻璃，所述电子传输层为TiO2、SnO2、ZnO、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)等富勒烯衍生物中的一种，所述金属对电极为Au、Ag、Al、Cu中的任意一种。
按照上述方案，正式结构的钙钛矿太阳能电池中空穴传输层为{2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴}(Spiro-OMeTAD)、聚-3己基噻吩(P3HT)、聚三芳胺(PTAA)等导电聚合物中的一种。
按照上述方案，反式结构的钙钛矿太阳能电池中空穴传输层为PEDOT:PSS(聚乙撑二氧噻吩)、NiO、CuSCN、CuI中的一种。
本发明的另一目的在于提供上述稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
450℃条件下，在洗净的基底表面喷涂异丙醇钛异丙醇溶液并保温10min，通过热解的方式形成致密的TiO2层作为电子传输层；待其冷却后在器件表面以5000rpm的转速旋涂掺杂了疏水物质的钙钛矿溶液，100℃退火10min得到钙钛矿吸光层；接着在3000-4000rpm转速下，在器件表面旋涂一层{2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴}(Spiro-OMeTAD)形成空穴传输层，最后蒸镀上金属对电极，得到正式结构的钙钛矿太阳能电池；
或者4000rpm转速下，在洗净的基底表面涂覆一层PEDOT:PSS溶液并在150℃下退火10-30min，得到空穴传输层；待其冷却后在器件表面旋涂掺杂了疏水物质的钙钛矿溶液，150℃退火10min得到钙钛矿吸光层；待其冷却后，以3000-4000rpm的转速在器件表面旋涂一层[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)氯苯溶液并在100℃蒸干，形成电子传输层；最后蒸镀上一层厚约60nm的金属对电极，得到反式结构的钙钛矿太阳能电池。
上述方案中，掺杂了疏水物质的钙钛矿溶液为ABX3钙钛矿溶液，其中其中A为CH3NH2、(CH3)2NH、NH2(CH2)2NH2、Cs、Rb中的任意一种或几种，B为Pb、Sn、Bi、In中的任意一种或几种，X为Cl、Br、I、SCN中的任意一种或几种，掺杂的疏水物质为聚二甲基硅氧烷(硅油)、氨基硅油、聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)、聚乙二醇中的任意一种，疏水物质的掺杂量不高于钙钛矿溶液的5wt％。
本发明针对钙钛矿体系材料对水的敏感性，从钙钛矿分解原理入手，提出了在钙钛矿界面层引入一层疏水界面层，实验表明含有该层的钙钛矿太阳能电池在空气中的表现更加稳定，本发明解决了钙钛矿太阳能电池稳定性差的问题。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)本发明在钙钛矿太阳能电池制备过程中引入长链高分子，可以有效阻挡空气中的水氧渗入，提高电池稳定性；(2)在长链高分子上加入端基，通过改善溶液的溶解性，提高钙钛矿吸光层结晶程度，达到提高电池效率的目的。
附图说明
图1为本发明实施例1中添加氨基硅油和未添加任何疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(空穴传输层为Spiro-OMETAD)的I-V曲线；
图2为本发明实施例2中添加氨基硅油和未添加任何疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(空穴传输层为P3HT)的I-V曲线；
图3为本发明实施例1中添加氨基硅油和未添加任何疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(空穴传输层为Spiro-OMETAD)光电转换效率随时间变化图；
图4为本发明实施例2中添加氨基硅油和未添加任何疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(空穴传输层为P3HT)光电转换效率随时间变化图；
图5为本发明正式钙钛矿太阳能电池的结构图；
图6为本发明反式钙钛矿太阳能电池的结构图；
图7为本发明实施例1中添加氨基硅油和未添加任何疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(无空穴传输层)的XRD图像；
图8为本发明实施例1中不添加疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(无空穴传输层)的SEM图像；
图9和图10分别为本发明实施例1中添加氨基硅油作为疏水物质的CH3NH3PbI3钙钛矿太阳能电池(无空穴传输层)的SEM图像。
具体实施方式
为使本领域普通技术人员充分理解本发明的技术方案和有益效果，以下结合具体实施例进行进一步说明。
发明提供一种稳定的钙钛矿太阳能电池，包括正式结构和反式结构。其中正式结构的钙钛矿太阳能电池自下至上依次为FTO或ITO导电玻璃基底，TiO2或SnO2或ZnO或PCBM等富勒烯衍生物电子传输层，掺杂有疏水物质的钙钛矿吸光层，Spiro-OMeTAD或P3HT或PTAA等导电聚合物空穴传输层，以及Au或Ag或Al或Cu等金属对电极。反式结构的钙钛矿太阳能电池自下至上依次为导电基底、空穴传输层、掺杂有疏水物质的钙钛矿吸光层、电子传输层以及金属对电极，其空穴传输层与正式结构不同，为PEDOT:PSS(聚乙撑二氧噻吩)或NiO或CuSCN或CuI。
钙钛矿吸光层为ABX3结构，其中A为CH3NH2、(CH3)2NH、NH2(CH2)2NH2、Cs、Rb中的任意一种或几种，B为Pb、Sn、Bi、In中的任意一种或几种，X为Cl、Br、I、SCN中的任意一种或几种。钙钛矿吸光层中掺杂的疏水物质为聚二甲基硅氧烷(硅油)、氨基硅油、聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)、聚乙二醇中的任意一种，掺杂量不高于钙钛矿溶液的5wt％。其中聚二甲基硅氧烷(硅油)、氨基硅油、聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)、聚乙二醇结构式分别如下所示：
Figure BDA0001468563660000051
实施例1
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声清洗10min，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO导电玻璃用等离子表面照射处理5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min内加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中喷涂到导电玻璃表面。喷雾热解整个过程需要15min，完成后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25cm×2cm尺寸，贴上胶带，再次用等离子表面处理照射处理5min。取100mgCH3NH3I和289mgPbI2溶于500μl N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加氨基硅油，含量少于钙钛矿溶液的5wt％，得到掺杂疏水物质的钙钛矿溶液。另取41.6mg Spiro-OMeTAD、7.81μl LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂，500mg/ml的乙腈溶液)、16.88μl TBP(4-叔丁基吡啶)溶于500μl氯苯，得到Spiro-OMETAD氯苯溶液。将配置好的溶液转移至手套箱中，取25-30μl钙钛矿溶液平铺于已制好电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始的第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，接着100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层Spiro-OMeTAD氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴传输层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
为充分了解本发明实施例1制得的正式结构钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性，对其进行了相应的电池性能测试，并以同样条件下未添加任何疏水物质制得的正式结构钙钛矿太阳能电池作为对照，实验结果如图1所示。在100mWcm-2的氙灯模拟太阳光强度照射下，活性层有效面积为0.1475cm2条件下，添加疏水物质(氨基硅油)的钙钛矿太阳能电池的光电转换参数为：开路电压1.062V，短路电流密度21.12mA/cm2，填充因子0.731，效率16.39％；而作为对照的不添加任何疏水聚合物的钙钛矿太阳能电池，在同样的测试条件下，获得的光电转换参数为：开路电压1.004V，短路电流密度22.89mA/cm2，填充因子0.665，效率15.29％。由图1和图8可以看出，添加疏水物质之后，钙钛矿结晶形貌得到了改善，器件效率也得到了提高。
将上述两种钙钛矿太阳能电池在暗态下储存，相对湿度为50％。50h后，添加氨基硅油的钙钛矿太阳能电池效率还能保持初始效率的60％，而未添加氨基硅油的钙钛矿太阳能电池的效率只有初始效率的40％。
实施例2
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声10min清洗，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO玻璃用等离子表面处理照射5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中，喷雾热解整个过程需要15min，然后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25×2cm尺寸，贴上胶带，用等离子表面处理照射5min。取100mgCH3NH3I和289mg PbI2溶于500μlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加氨基硅油，含量少于钙钛矿溶液的5wt％。另取8mg P3HT溶于500μl氯苯，将配置好的溶液转移至手套箱。取25-30μl的钙钛矿溶液平铺于已制得的电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，并于100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层P3HT氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
为充分了解本发明实施例2制得的正式结构钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性，对其进行了相应的电池性能测试，并以同样条件下未添加任何疏水物质制得的正式结构钙钛矿太阳能电池作为对照，实验结果如图2所示。在100mWcm-2的氙灯模拟太阳光强度照射下，活性层有效面积为0.1475cm2的条件下，添加疏水物质(氨基硅油)的钙钛矿太阳能电池的光电转换参数为：开路电压906mV，短路电流密度20.22mA/cm2，填充因子0.452，效率8.28％；不添加疏水物质(氨基硅油)的钙钛矿太阳能电池，在同样的测试条件下，获得的光电转换参数为：开路电压836mV，短路电流密度17.61mA/cm2，填充因子0.489，效率7.20％。从图2可以看出，添加疏水物质之后，钙钛矿结晶形貌得到了改善，器件效率同样得到了提高。
将上述两种钙钛矿太阳能电池在暗态下储存，相对湿度为50％。100h后，添加氨基硅油的钙钛矿太阳能电池效率还能保持在80％以上，而未添加氨基硅油的钙钛矿太阳能电池效率只有初始效率的35％。
实施例3
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声清洗10min，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO导电玻璃用等离子表面照射处理5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min内加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中喷涂到导电玻璃表面。喷雾热解整个过程需要15min，完成后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25cm×2cm尺寸，贴上胶带，再次用等离子表面处理照射处理5min。取100mg CH3NH3Br、289mg PbI2溶于500μl N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加聚二甲基硅氧烷(硅油)，含量少于钙钛矿溶液的5wt％，得到掺杂疏水物质的钙钛矿溶液。另取41.6mg Spiro-OMeTAD、7.81μlLiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂，500mg/ml的乙腈溶液)、16.88μl TBP(4-叔丁基吡啶)溶于500μl氯苯，得到Spiro-OMETAD氯苯溶液。将配置好的溶液转移至手套箱中，取25-30μl钙钛矿溶液平铺于已制好电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始的第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，接着100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层Spiro-OMeTAD氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴传输层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例4
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声10min清洗，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO玻璃用等离子表面处理照射5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中，喷雾热解整个过程需要15min，然后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25×2cm尺寸，贴上胶带，用等离子表面处理照射5min。取100mgCH3NH3Br、289mg PbI2溶于500μlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加聚二甲基硅氧烷(硅油)，含量少于钙钛矿溶液的5wt％。另取8mg P3HT溶于500μl氯苯，将配置好的溶液转移至手套箱。取25-30μl的钙钛矿溶液平铺于已制得的电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，并于100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层P3HT氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例5
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声清洗10min，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO导电玻璃用等离子表面照射处理5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min内加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中喷涂到导电玻璃表面。喷雾热解整个过程需要15min，完成后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25cm×2cm尺寸，贴上胶带，再次用等离子表面处理照射处理5min。取若干MAI、PbI2、PbCl2，配置成CH3NH3PbIXCl3-X,溶于500μl DMF中，添加氨基硅油，含量少于钙钛矿溶液的5wt％，得到掺杂疏水物质的钙钛矿溶液。另取41.6mg Spiro-OMeTAD、7.81μl LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂，500mg/ml的乙腈溶液)、16.88μl TBP(4-叔丁基吡啶)溶于500μl氯苯，得到Spiro-OMETAD氯苯溶液。将配置好的溶液转移至手套箱中，取25-30μl钙钛矿溶液平铺于已制好电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始的第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，接着100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层Spiro-OMeTAD氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴传输层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例6
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声10min清洗，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO玻璃用等离子表面处理照射5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中，喷雾热解整个过程需要15min，然后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25×2cm尺寸，贴上胶带，用等离子表面处理照射5min。取若干MAI、PbI2、PbCl2，配置成CH3NH3PbIXCl3-X,溶于500μlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加氨基硅油，含量少于钙钛矿溶液的5wt％。另取8mg P3HT溶于500μl氯苯，将配置好的溶液转移至手套箱。取25-30μl的钙钛矿溶液平铺于已制得的电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，并于100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层P3HT氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例7
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声清洗10min，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO导电玻璃用等离子表面照射处理5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min内加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中喷涂到导电玻璃表面。喷雾热解整个过程需要15min，完成后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25cm×2cm尺寸，贴上胶带，再次用等离子表面处理照射处理5min。取若干MAI、PbI2、PbBr2，配置成CH3NH3PbIXBr3-X，溶于500μlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)，含量少于钙钛矿溶液的5wt％，得到掺杂疏水物质的钙钛矿溶液。另取41.6mgSpiro-OMeTAD、7.81μl LiTFSI(双三氟甲烷磺酰亚胺锂，500mg/ml的乙腈溶液)、16.88μl TBP(4-叔丁基吡啶)溶于500μl氯苯，得到Spiro-OMETAD氯苯溶液。将配置好的溶液转移至手套箱中，取25-30μl钙钛矿溶液平铺于已制好电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始的第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，接着100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层Spiro-OMeTAD氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴传输层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例8
取一片干净的FTO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声10min清洗，然后用气枪吹干，将洗净后的FTO玻璃用等离子表面处理照射5min。
将玻璃导电面朝上放置于加热板上，设置30min加热至450℃。当温度达到450℃时，将一定浓度的异丙醇钛异丙醇溶液加入到喷笔中，喷雾热解整个过程需要15min，然后保温10min，冷却至室温方可取下。
将FTO玻璃切成1.25×2cm尺寸，贴上胶带，用等离子表面处理照射5min。取若干MAI、PbI2、PbBr2，配置成CH3NH3PbIXBr3-X，溶于500μlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，添加聚环氧乙烷硅油(PEG硅油)，含量少于钙钛矿溶液的5wt％。另取8mg P3HT溶于500μl氯苯，将配置好的溶液转移至手套箱。取25-30μl的钙钛矿溶液平铺于已制得的电子传输层的器件上，调整转速为5000rpm，旋涂时间为30s，在开始第5s或最后倒数第5s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、甲苯中的一种，并于100℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却至室温后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层P3HT氯苯溶液，形成空穴传输层。转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s。
在空穴层上蒸镀金属对电极(金)，由此制得如图5所示的具有完整正式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例9
取一片干净的ITO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声10min清洗，然后用气枪吹干，将洗净后的ITO玻璃切成1.25×2cm尺寸，贴上胶带，用等离子表面处理照射5min。
将PEDOT:PSS(4083)溶液均匀平铺在ITO导电玻璃上，调整转速为4000rpm，时间为30s，旋涂完后转移至150℃热台上烧结半小时，制成空穴传输层，冷却至室温后移至手套箱。
取若干FAI、PbI2、SnI2溶于100μl N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和400μl二甲基亚砜(DMSO)组成的混合溶剂中，添加聚乙二醇，含量少于钙钛矿溶液的5wt％，配置成FAPbXSn1- XI3溶液。另取10mg PCBM，溶于500μl氯苯中，将配置好的溶液转移至手套箱。取25-30μl钙钛矿溶液平铺于已旋涂PEDOT:PSS的器件上，调整转速为5000rpm，时间为50s，在开始第20s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、乙醚中的一种，并于150℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层PCBM，转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s，并于100℃热台上面蒸干，制成电子传输层。
在电子传输层上蒸镀金属对电极(银)，由此制得如图6所示的具有完整反式结构的钙钛矿太阳能电池。
实施例10
取一片干净的ITO导电玻璃，在合适部位激光刻蚀部分导电面，依次用清洁剂、纯水、乙醇超声10min清洗，然后用气枪吹干，将洗净后的ITO玻璃切成1.25×2cm尺寸，贴上胶带，用等离子表面处理照射5min。
将PEDOT:PSS(4083)溶液均匀平铺在ITO导电玻璃上，调整转速为4000rpm，时间为30s，旋涂完后转移至150℃热台上烧结半小时，制成空穴传输层，冷却至室温后移至手套箱。
取若干MAI、FAI、PbI2、SnI2溶于100μlN,N-二甲基甲酰胺(DMF)和400μl二甲基亚砜(DMSO)组成的混合溶剂中，添加聚乙二醇，含量少于钙钛矿溶液的5wt％，配置成MAFAPbXSn1-XI3溶液。另取10mg PCBM，溶于500μl氯苯中，将配置好的溶液转移至手套箱。取25-30μl钙钛矿溶液平铺于已旋涂PEDOT:PSS的器件上，调整转速为5000rpm，时间为50s，在开始第20s时滴加70-80μl乙酸乙酯、氯苯、乙醚中的一种，并于150℃热台上烧结10min，制成钙钛矿吸光层。
待器件冷却后，在钙钛矿吸光层上面旋涂一层PCBM，转速为3000-4000rpm，旋涂时间为30s，并于100℃热台上面蒸干，制成电子传输层。
在电子传输层上蒸镀金属对电极(银)，由此制得如图6所示的具有完整反式结构的钙钛矿太阳能电池。

Claims (7)

1.一种稳定的钙钛矿太阳能电池，包括正式结构和反式结构，其特征在于：正式结构的钙钛矿太阳能电池自下至上依次为导电基底、电子传输层、掺杂有疏水物质的钙钛矿吸光层、空穴传输层以及金属对电极，反式结构的钙钛矿太阳能电池自下至上依次为导电基底、空穴传输层、掺杂有疏水物质的钙钛矿吸光层、电子传输层以及金属对电极；所述钙钛矿吸光层中掺杂的疏水物质为氨基硅油、聚环氧乙烷硅油中的任意一种，疏水物质的掺杂量不高于钙钛矿溶液的5wt％。
2.根据权利要求1所述的一种稳定的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层为ABX3结构，其中A为CH3NH2、(CH3)2NH、NH2(CH2)2NH2、Cs、Rb中的任意一种或几种，B为Pb、Sn、Bi、In中的任意一种或几种，X为Cl、Br、I、SCN中的任意一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种稳定的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述导电基底为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃，所述电子传输层为TiO2、SnO2、ZnO、[6,6]-苯基C61丁酸甲酯中的一种，所述金属对电极为Au、Ag、Al、Cu中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的一种稳定的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：正式结构的钙钛矿太阳能电池中空穴传输层为{2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴}、聚-3己基噻吩、聚三芳胺中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种稳定的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：反式结构的钙钛矿太阳能电池中空穴传输层为PEDOT:PSS、NiO、CuSCN、CuI中的一种。
6.权利要求1所述稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
450℃条件下，在洗净的基底表面喷涂异丙醇钛异丙醇溶液并保温10min，通过热解的方式形成致密的TiO2层作为电子传输层；待其冷却后在器件表面以5000rpm的转速旋涂掺杂了疏水物质的钙钛矿溶液，100℃退火10min得到钙钛矿吸光层；接着在3000-4000rpm转速下，在器件表面旋涂一层{2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴}形成空穴传输层，最后蒸镀上金属对电极，得到正式结构的钙钛矿太阳能电池；
或者4000rpm转速下，在洗净的基底表面涂覆一层PEDOT:PSS溶液并在150℃下退火10-30min，得到空穴传输层；待其冷却后在器件表面旋涂掺杂了疏水物质的钙钛矿溶液，150℃退火10min得到钙钛矿吸光层；待其冷却后，以3000-4000rpm的转速在器件表面旋涂一层[6,6]-苯基C61丁酸甲酯氯苯溶液并在100℃蒸干，形成电子传输层；最后蒸镀上一层厚60nm的金属对电极，得到反式结构的钙钛矿太阳能电池。
7.根据权利要求6所述的稳定的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：掺杂了疏水物质的钙钛矿溶液为ABX3钙钛矿溶液，其中其中A为CH3NH2、(CH3)2NH、NH2(CH2)2NH2、Cs、Rb中的任意一种或几种，B为Pb、Sn、Bi、In中的任意一种或几种，X为Cl、Br、I、SCN中的任意一种或几种。
CN201711126966.XA 2017-11-15 2017-11-15 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Active CN107919439B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711126966.XA CN107919439B (zh) 2017-11-15 2017-11-15 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711126966.XA CN107919439B (zh) 2017-11-15 2017-11-15 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107919439A CN107919439A (zh) 2018-04-17
CN107919439B true CN107919439B (zh) 2020-01-14

Family

ID=61896311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711126966.XA Active CN107919439B (zh) 2017-11-15 2017-11-15 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107919439B (zh)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109103331A (zh) * 2018-08-15 2018-12-28 四川省新材料研究中心 一种基于介孔无机空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111326603A (zh) * 2018-12-17 2020-06-23 湖北大学 一种以氧化锌做电子传输层的无机钙钛矿电池制备方法
CN110224069B (zh) * 2019-06-13 2023-04-18 天合光能股份有限公司 一种具有防水功能的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110571335A (zh) * 2019-08-08 2019-12-13 北京曜能科技有限公司 钙钛矿光伏组件、制备方法和用途
CN110492003B (zh) * 2019-09-11 2021-01-22 西北工业大学 金属纳米晶-锚固分子协同钝化钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN111106244B (zh) * 2019-11-06 2024-03-29 五邑大学 CsPbBr3薄膜及其制备方法和器件
CN110854220B (zh) * 2019-11-26 2022-04-19 华北电力大学 功能性聚合物在全无机钙钛矿光吸收层的应用及制备方法和全无机钙钛矿太阳电池
CN111540833B (zh) * 2020-03-25 2023-04-18 江西省科学院应用化学研究所 一种提高钙钛矿太阳能电池吸光层稳定性的方法
CN111653672B (zh) * 2020-06-15 2022-07-01 安徽大学 一种晶格匹配的异质结复合薄膜、制备方法及钙钛矿太阳能电池
CN111864084B (zh) * 2020-07-24 2022-03-01 武汉理工大学 一种稳定高效钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN111864083A (zh) * 2020-07-24 2020-10-30 武汉理工大学 一种钙钛矿太阳能电池的封装方法
CN113410387B (zh) * 2021-05-12 2023-04-07 宁波大学 一种界面修饰的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池
CN114914367B (zh) * 2022-05-09 2023-05-05 成都信息工程大学 反型钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105957970A (zh) * 2016-05-30 2016-09-21 哈尔滨工业大学 一种大尺寸单晶钙钛矿薄膜的制备方法
CN106033797A (zh) * 2015-03-13 2016-10-19 北京大学 一种具有有机骨架结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106058061A (zh) * 2016-07-18 2016-10-26 武汉大学 一种疏水性钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用
CN106206949A (zh) * 2015-05-07 2016-12-07 北京大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107108461A (zh) * 2014-11-06 2017-08-29 浦项工科大学校产学协力团 钙钛矿纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件
CN107180916A (zh) * 2017-06-15 2017-09-19 绍兴文理学院 一种柔性渗透钙钛矿光伏材料

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104157788B (zh) * 2014-08-19 2017-03-29 武汉大学 一种基于SnO2的钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107108461A (zh) * 2014-11-06 2017-08-29 浦项工科大学校产学协力团 钙钛矿纳米结晶粒子及利用该粒子的光电元件
CN106033797A (zh) * 2015-03-13 2016-10-19 北京大学 一种具有有机骨架结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN106206949A (zh) * 2015-05-07 2016-12-07 北京大学 一种柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105957970A (zh) * 2016-05-30 2016-09-21 哈尔滨工业大学 一种大尺寸单晶钙钛矿薄膜的制备方法
CN106058061A (zh) * 2016-07-18 2016-10-26 武汉大学 一种疏水性钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用
CN107180916A (zh) * 2017-06-15 2017-09-19 绍兴文理学院 一种柔性渗透钙钛矿光伏材料

Also Published As

Publication number Publication date
CN107919439A (zh) 2018-04-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107919439B (zh) 一种稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN105609641B (zh) 一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
CN106410046A (zh) 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
JP2013526003A (ja) 全固体状ヘテロ接合太陽電池
JP2013520767A (ja) ナノ構造無機−有機ヘテロ接合太陽電池の製造方法
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
CN108389969B (zh) 一种用于制备钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的绿色溶剂体系及混合溶液
CN109216557A (zh) 一种基于柠檬酸/SnO2电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN107369764A (zh) 一种掺杂三水合醋酸铅的钙钛矿太阳能电池及制备方法
CN109585661B (zh) 一种界面增强型高光-热稳定钙钛矿薄膜的制备方法
Kanda et al. Facile fabrication method of small-sized crystal silicon solar cells for ubiquitous applications and tandem device with perovskite solar cells
CN110854273A (zh) 一种有机体异质结掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
Mahmood et al. Single-step electrospray deposited nitrogen-doped ZnO nanosheets yield hysteresis-free perovskite solar cells
CN111525038B (zh) 一种掺杂有多功能添加剂的钙钛矿太阳电池及其制备方法
Santos et al. The renaissance of monolithic dye-sensitized solar cells
KR101794988B1 (ko) 페로브스카이트 광흡수층 제조방법 및 이를 적용한 태양전지 제조방법
CN220023501U (zh) 一种晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池
CN109166972A (zh) 一种双缓冲层钙钛矿太阳能电池制造方法
CN116634823A (zh) 一种制备钝化层的方法及晶硅/钙钛矿叠层太阳能电池
CN115988886A (zh) 一种2d-3d高稳定性钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN109326718A (zh) 一种双缓冲层钙钛矿太阳能电池制造方法
CN112885967B (zh) 一种基于延迟荧光材料的双层有机太阳能电池及制备方法
CN101901872B (zh) 一种聚合物太阳能电池光电活性层的处理方法
CN114583061A (zh) 三维结构的无铅锡基钙钛矿薄膜及其太阳能电池的制备方法
CN109802045B (zh) NaTaO3和PCBM作为双电子传输层制备钙钛矿太阳能电池的方法

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