CN108365108A - 一种在碳电极中嵌入p型纳米材料的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在碳电极中嵌入P型纳米材料以增强无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过在碳浆料中直接嵌入P型纳米材料，增强钙钛矿太阳能电池的性能，实现稳定性高，成本低，性能高的钙钛矿太阳能电池，对推动钙钛矿太阳能电池的商业化意义重大。

Description

一种在碳电极中嵌入P型纳米材料的钙钛矿太阳能电池及其 制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种在碳电极中嵌入P型纳米材料以增强无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是近年来的一个热点，器件效率已经攀升到22%以上，是光伏领域内的明星。目前钙钛矿太阳能电池常见的空穴传输材料是价格昂贵的spiro-MeOTAD，而且其中的添加物会降低器件的稳定性。由于钙钛矿的双重特性——可传输电子和空穴，无空穴传输层钙钛矿太阳能电池被提出。其中，碳电极无空穴传输层钙钛矿太阳能电池优势明显，不仅大大降低了钙钛矿太阳能电池的工艺和成本，而且增强了器件的稳定性。但相对于有空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其性能相对较低。真空蒸镀P型空穴传输材料成本高，溶液法成本低，但很难找到一种溶液分散P型纳米颗粒，尤其是P型氧化物纳米颗粒，而且需要满足溶液对钙钛矿没有破坏的条件。在碳电极钙钛矿太阳能电池中，如何简单引入空穴传输材料一直是个挑战。
发明内容
本发明的目的是解决现有钙钛矿太阳能电池空穴传输材料价格昂贵、而且器件稳定性较差的技术问题，提供一种在碳电极中嵌入P型纳米材料的钙钛矿太阳能电池。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种钙钛矿太阳能电池，在碳电极中嵌入P型纳米材料。
上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，在导电玻璃上，制备电子传输层和钙钛矿吸光层；
步骤2，配制碳浆料，在碳浆料中添加P型纳米材料，得到掺杂了P型纳米材料的碳浆料；
步骤3，将步骤2制得的碳浆料印刷在钙钛矿吸光层上，低温退火，形成嵌入有P型纳米颗粒的碳背电极，得到钙钛矿太阳能电池。
进一步地，P型纳米材料和碳浆料的质量比为1-10：100。
进一步地，所述碳浆料中碳材料的质量百分浓度为20%。
进一步地，步骤3中的退火温度为70~125℃。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：本发明通过在碳浆料中直接嵌入P型纳米材料，增强钙钛矿太阳能电池的性能，实行稳定性高，成本低，性能高的钙钛矿太阳能电池，对推动钙钛矿太阳能电池的商业化意义重大。
附图说明
图1（a）为实施例1无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图1（b）为实施例1无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的器件效率图，其中碳电极中嵌入了NiO纳米颗粒；
图2为实施例1无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的能带结构，其中碳电极中嵌入了NiO纳米颗粒。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种在碳电极中嵌入P型纳米材料增强无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的方法，具体步骤包括：
步骤1，在FTO玻璃上，以钛酸盐为前驱体，制备TiO2致密层，随后涂覆TiO2纳米浆料，退火生产TiO2介孔薄膜，然后在TiO2介孔薄膜表面沉积钙钛矿薄膜，如CH3NH3PbI3薄膜。
步骤2，在碳浆料中混合P型纳米材料NiO纳米颗粒。碳浆料中混合P型纳米材料可以在碳浆料制备的过程中混合也可以在制备好的碳浆料中再混合。
步骤3，将混合有P型纳米材料NiO纳米颗粒的碳浆料涂覆在钙钛矿表面，低温退火形成背电极，完成钙钛矿太阳能电池的制备。
其中，碳浆料中混合P型纳米材料，P型纳米颗粒与碳浆料质量比为（1~10）：100，碳浆料中含有质量比约20%的碳材料、溶剂和粘滞剂等。碳浆料是常规可应用于钙钛矿太阳能电池的碳浆料。
图1（a）为本实施例的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的结构示意图，由FTO玻璃、TiO2致密层、TiO2多孔薄膜层、钙钛矿吸光层和碳电极组成。
图1（b）为本实施例的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的器件效率图，在碳电极中嵌入NiO纳米颗粒，电池效率达13.26%，相对于纯碳电极器件的效率提高了30%以上。
图2为本实施例的无空穴传输层钙钛矿太阳能电池的能带结构，在碳电极中嵌入NiO纳米颗粒后，NiO为空穴的传输提供了另外一条通道，而且可以阻止电子的通过，有效的提高了空穴的传输和抑制了电荷的复合。

Claims (5)

1.一种无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：在碳电极中嵌入P型纳米材料。
2.权利要求1所述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：
步骤1，在导电玻璃上，制备电子传输层和钙钛矿吸光层；
步骤2，配制碳浆料，在碳浆料中添加P型纳米材料，得到掺杂了P型纳米材料的碳浆料；
步骤3，将步骤2制得的碳浆料印刷在钙钛矿吸光层上，低温退火，形成嵌入有P型纳米颗粒的碳背电极，得到钙钛矿太阳能电池。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：P型纳米材料和碳浆料的质量比为1-10：100。
4.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述碳浆料中碳材料的质量百分浓度为20%。
5.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：步骤3中的退火温度为70~125℃。
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