CN108091765A - 一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光晶化及钙钛矿太阳电池材料，尤其涉及到一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法。包括致密TiO2和介孔TiO2的电子传输层，利用激光分别对致密TiO2和介孔TiO2薄膜进行晶化得到电子传输层。利用这种方法可以获得高取向、大晶粒的钙钛矿电子传输层材料，减少晶界等缺陷，提高电子传输层的电导率，进而提高电池效率。该方法只需要在钙钛矿太阳电池流水线上布置激光对材料进行扫描即可，适合与产业化应用。

Description

一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法
技术领域
本发明涉及激光晶化及钙钛矿太阳电池材料，尤其涉及到一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法。
背景技术
21世纪，能源短缺和环境污染成为阻碍未来人类可持续发展亟待解决的问题。太阳能光伏发电技术正逐渐进入人类能源结构，并将成为未来基础能源的重要组成部分。钙钛矿太阳电池效率提升很快，目前已达22.1％。典型钙钛矿太阳电池材料为无机有机杂化甲胺卤化铅材料，它是开发高效低成本太阳电池的理想材料。甲胺卤化铅材料有很宽的光谱响应范围，在介观太阳电池中能同时高效完成入射光的吸收、光生载流子的激发、输运、分离等多个过程；甲胺卤化铅材料结构稳定，为直接带隙材料，通过替位掺杂等手段可以调节材料带隙，具有极高的消光系数。
传统结构的钙钛矿太阳电池主要由透明导电玻璃、致密TiO2和介孔TiO2组成的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极五部分构成。介孔TiO2层具有大的比表面积便于最大程度的吸附钙钛矿材料，提供钙钛矿薄膜定向生长的空间。此外，介孔TiO2可以与钙钛矿材料充分接触，及时导出光电子，避免光生电子-空穴对在钙钛矿层被复合，保证最大程度的光生电荷分离和电荷注入的发生。然而，未经适当处理的致密TiO2和介孔TiO2结晶性有待提高，界面存在大量的缺陷，因此，电子传输层的结晶性和载流子迁移率都有待提高。这容易导致载流子在传输的过程中被晶格缺陷和界面缺陷捕获，影响载流子的传输，降低太阳电池性能。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法,利用这种方法可以减少晶界等缺陷，提高电子传输层的电导率，进而提高电池效率。
本发明是这样实现的：
一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，将包括致密TiO2和介孔TiO2的电子传输层，利用激光分别对致密TiO2和介孔TiO2薄膜进行晶化得到电子传输层。
具体包括以下步骤：
1)在导电玻璃表面制备一层致密TiO2薄膜；
2)把带有致密TiO2薄膜的导电玻璃用激光辐照晶化；
3)在激光辐照后的样品表面继续制备介孔TiO2薄膜；
4)利用激光再次对介孔TiO2进行辐照晶化，得到钙钛矿太阳电池电子传输层。
在步骤1)中，所述致密TiO2薄膜的厚度为10～100nm；成膜的方法可采用溶液旋涂法、提拉法或吹气法等。
在步骤2)中，所述激光辐照的条件可为：采用波长为808nm的半导体激光器，采用的激光为连续激光，激光光斑为线型，其中光斑宽度为100nm-1um，激光器扫描速率为0.5～5m/s，激光器输出功率为50～300W。
在步骤3)中，所述介孔TiO2薄膜的厚度可为50～500nm；成膜的方法可采用溶液旋涂法、提拉法或吹气法等。
在步骤4)中，所述激光辐照的条件可为：采用波长为808nm的半导体激光器，采用的激光为连续激光，激光光斑为线型，其中光斑宽度为100nm-1um，激光器扫描速率为0.5～10mm/s，激光器输出功率为50～300W。
本发明在处理介孔TiO2的同时，进一步处理致密TiO2，可以降低电子传输层接触电阻，提高电子传输效率。利用本发明所制得的钙钛矿太阳电池电子传输层可以用来制备低成本高效钙钛矿太阳电池。该电池能明显提高电池的效率，提高电池的的稳定性。
与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：
(1)利用激光晶化的方法对钙钛矿太阳电池电子传输层进行晶化，可以实现电子传输层的一维定向扫描生长，能够提高钙钛矿太阳电池电子传输层的结晶程度，得到大晶粒、定向生长的钙钛矿电子传输层，有利于提高载流子的传输效率，提升钙钛矿太阳电池的光电转换效率。
(2)该方法只需要在钙钛矿太阳电池流水线上布置激光对材料进行扫描即可，适合与产业化应用。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明经连续激光扫描后得到的X射线衍射图谱。
具体实施方式
实施例1
先用0.15M的titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)，(75％Aldrich，取1ml，然后加入12.33ml的1-丁醇稀释)，利用旋涂法制备致密TiO2薄膜，转速为2000rpm，旋涂时间为20s，100℃烘干3min，然后用连续激光扫描，扫描速度为0.5mm/s，激光功率为50W，扫描次数为10次得到结晶良好的致密TiO2薄膜。
把TiO2浆料用乙醇稀释(0.1g/ml)，然后利用上述致密TiO2为基底，采用旋涂法制备介孔TiO2薄膜，转速为2000rpm，旋涂时间为10s，100℃烘干，3min。然后用连续激光扫描，扫描速度为0.5mm/s，激光功率为50W，扫描次数为20次得到结晶良好的介孔TiO2薄膜。由此得到电子传输层，继续进行常规的处理即可得到高效钙钛矿太阳电池。
实施例2
先用0.15M的titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)，(75％Aldrich，取1ml，然后加入12.33ml的1-丁醇稀释)，利用旋涂法制备致密TiO2薄膜，转速为2000rpm，旋涂时间为20s，100℃烘干3min，然后用连续激光扫描，扫描速度为3mm/s，激光功率为150W，扫描次数为5次得到结晶良好的致密TiO2薄膜。
把TiO2浆料用乙醇稀释(0.1g/ml)，然后利用上述致密TiO2为基底，采用旋涂法制备介孔TiO2薄膜，转速为2000rpm，旋涂时间为10s，100℃烘干，3min。然后用连续激光扫描，扫描速度为3mm/s，激光功率为150W，扫描次数为5次得到结晶良好的介孔TiO2薄膜。由此得到电子传输层，继续进行常规的处理即可得到高效钙钛矿太阳电池。
实施例3
先用0.15M的titanium diisopropoxide bis(acetylacetonate)，(75％Aldrich，取1ml，然后加入12.33ml的1-丁醇稀释)，利用旋涂法制备致密TiO2薄膜，转速为2000rpm，旋涂时间为20s，100℃烘干3min，然后用连续激光扫描，扫描速度为10mm/s，激光功率为300W，扫描次数为1次得到结晶良好的致密TiO2薄膜。
把TiO2浆料用乙醇稀释(0.1g/ml)，然后利用上述致密TiO2为基底，采用旋涂法制备介孔TiO2薄膜，转速为2000rpm，旋涂时间为10s，100℃烘干，3min。然后用连续激光扫描，扫描速度为10mm/s，激光功率为300W，扫描次数为1次得到结晶良好的介孔TiO2薄膜。由此得到电子传输层，继续进行常规的处理即可得到高效钙钛矿太阳电池。
以上三种实施例均可得到结晶良好的TiO2电子传输层。如图1所示，连续激光扫描获得了高取向、大晶粒的TiO2薄膜。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：包括致密TiO2和介孔TiO2的电子传输层，利用激光分别对致密TiO2和介孔TiO2薄膜进行晶化得到电子传输层。
2.根据权利要求1所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：包含以下步骤
1)在导电玻璃表面制备一层致密TiO2薄膜；
2)把带有致密TiO2薄膜的导电玻璃用激光辐照晶化；
3)在激光辐照后的样品表面继续制备介孔TiO2薄膜；
4)利用激光再次对介孔TiO2进行辐照晶化，得到钙钛矿太阳电池电子传输层。
3.根据权利要求2所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：在步骤1)中，所述致密TiO2薄膜的厚度为10～500nm。
4.根据权利要求3所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：所述致密TiO2薄膜的厚度为10～100nm。
5.根据权利要求2所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：在步骤2)中，采用的激光为连续激光，激光光斑为线型，其宽度为100nm～1um，激光扫描速度为0.5～5mm/s，激光器输出功率为50～300W。
6.根据权利要求2所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：步骤3)中，所述介孔TiO2薄膜的厚度为10～1000nm。
7.根据权利要求6所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：所述介孔TiO2薄膜的厚度为50～500nm。
8.根据权利要求2所述利用激光辐照制备钙钛矿太阳电池电子传输层的方法，其特征在于：步骤4)中，所述激光为连续激光，激光光斑为线型，其宽度为100nm～1um。激光扫描速度为0.5～5mm/s，激光器输出功率为50～300W。
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