CN108574047A - 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法 Download PDF

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郭学益
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Abstract

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：（1）制备钙钛矿前驱体；（2）制备生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体；（3）将生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体加入到钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿溶液；（4）导电玻璃上制备TiO2电子传输层；（5）制备光阳极吸光层；（6）在光阳极吸光层上旋涂聚(3‑己基噻吩‑2,5‑二基)空穴传输层，镀上Au对电极，即得。本发明之采用聚合物辅助结晶的钙钛矿太阳能电池，稳定性高，光电转换效率；加入无机添加剂LiI和I2，有利于提升钙钛矿电子传输能力，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，稳定性亦有所提高。

Description

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，涉及一种生物高分子聚合物或无机添加剂辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术
进入21世纪以来，能源危机和环境污染是当今世界面临的两大难题。如何开发利用环境友好型可再生能源、缓解能源短缺危机是人类发展亟待解决的重大课题。太阳能作为清洁的可再生能源，不仅资源丰富、免费使用，而且又无需运输，对环境无任何汚染，是解决能源危化和环境污染的最佳途径之一。
钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，从2009年的3.8%，到目前22.7%，钙钛矿太阳能电池光电转换效率发展之迅猛，但是钙钛矿材料的晶格结构在温度和湿度较高的环境下容易分解，从而直接影响钙钛矿太阳能电池在实际应用过程中的长期稳定性。虽然近几年研究者尝试通过掺杂、制备复合材料或层状材料以及开发三元卤化物等来提高钙钛矿材料本身的稳定性，采用Br部分取代I提高电池的稳定性。但是钙钛矿太阳能电池的稳定性一直没有行之有效的改善，这严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业用途，钙钛矿太阳能电池稳定性问题已经成为制约钙钛矿太阳能电池发展的瓶颈。
中国专利申请201510111505.X公开了一种聚乙二醇或聚乙烯醇的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该聚合物可以作为钙钛矿的支架，使钙钛矿成膜均匀，但对于钙钛矿的稳定性并没有提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中钙钛矿太阳能电池稳定性差、电子传输效率低下等缺点，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所得钙钛矿太阳能电池的稳定性较好，光电效率较高。
本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
优选的，PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1:1~3；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.2~0.5gCH3NH3I。恒温温度为60~80℃，搅拌速度为500~700 r/min，搅拌时间为3.5~5 h。
（2）向二甲基亚砜中加入聚合物和/或无机物，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体；
聚合物和/或无机物为琼脂糖、壳聚糖、LiI、I2中的至少一种；琼脂糖、壳聚糖为聚合物，LiI、I2为无机物，优选聚合物和无机物的混合物。
聚合物和/或无机物的加入总量为二甲基亚砜质量的2%~5%。搅拌温度为60~80℃，搅拌速度为500~700 r/min，搅拌时间为3.5~5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体的体积比为1:1~6。搅拌温度为10~30℃，搅拌速度为500~700 r/min，搅拌时间为3~8 h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将导电玻璃（透明导电基底）依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15-20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比优选为1:2~5）旋涂至清洗干净的导电玻璃表面，并在450-500℃下退火30-50 min，获得厚度为0.5-0.8 微米（μm）的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿薄膜，90-120℃下退火处理10-30min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.5-1 微米（μm），Au的厚度为65-80纳米（nm）。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
（1）本发明之采用聚合物辅助结晶的钙钛矿太阳能电池，具有稳定性高等优点，在湿度小于50%的环境下，可以连续使用1000h，光电转换效率可以继续保持到初始90%；
（2）本发明之采用聚合物辅助结晶的钙钛矿太阳能电池，可以用来控制钙钛矿核速率和钙钛矿薄膜在基底上的覆盖程度和均匀性，改善器件的光电转换效率。
（3）本发明加入无机添加剂LiI和I2，有利于提升钙钛矿电子传输能力，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，稳定性亦有所提高。
（4）本发明为钙钛矿太阳能电池器件稳定性的提高提供了新的研究方向。
研究表明，聚合物添加剂具有很多小分子添加剂没有的特性，如长分子链、具有大量的官能团和一些特殊的性能，如高弹性、抗湿性和多氢键结合位点，可以用来控制钙钛矿成核速率和钙钛矿薄膜在基底上的覆盖程度和均匀性，同时不同聚合物添加剂具有独特性，如取代TiO2或者Al2O3骨架层、提高抗湿性能以及调控光吸收层的带隙。本发明所用的生物高分子聚合物如琼脂糖、壳聚糖等不仅作为钙钛矿骨架，提高光电转换效率，还有利于提升钙钛矿的稳定性（使用生物高分子聚合物对稳定性的提高优于使用无机添加剂）。
在钙钛矿中添加无机添加剂I2或者LiI，能提高钙钛矿中I源的含量，增加钙钛矿层电子的传输性能，使钙钛矿的光电转换效率得到明显的提升。
同时添加聚合物和无机物，更有利于提高光电转换效率和电池稳定性。
具体实施方式
为了便于理解本发明，较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除有特别说明，本发明中用到的各种试剂、原料均为可以从市场上购买的商品或者可以通过公知的方法制得的产品。
实施例1
本实施例之琼脂糖添加剂辅助结晶钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1:1；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.2gCH3NH3I。恒温温度为60℃，搅拌速度为500 r/min，搅拌时间为5 h。
（2）向二甲基亚砜中加入聚合物琼脂糖，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到琼脂糖前驱体；
聚合物琼脂糖的加入量为二甲基亚砜质量分数的2%。所述温度为60℃，搅拌速度为500r/min，搅拌时间为5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得琼脂糖前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得琼脂糖添加剂前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得琼脂糖钙钛矿溶液；
钙钛矿前驱体和琼脂糖前驱体按照体积比1: 6进行混合，搅拌温度为30℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为8 h，得到钙钛矿溶液；
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为25nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:2）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在450℃下退火50min，获得厚度为0.5 微米的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得琼脂糖钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在所得的TiO2电子传输层上旋涂琼脂糖钙钛矿薄膜， 90℃下退火处理30min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为1 微米（μm），Au的厚度为80纳米（nm）。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为12%，稳定使用1000h后测量光电转换效率仍保持为11%。
实施例2
本实施例之壳聚糖辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1:1；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.2gCH3NH3I。恒温温度为60℃，搅拌速度为500 r/min，搅拌时间为3.5 h。
（2）向二甲基亚砜中加入聚合物壳聚糖，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到壳聚糖前驱体；
聚合物壳聚糖的加入量为二甲基亚砜质量的2%。搅拌温度为60℃，搅拌速度为500 r/min，搅拌时间为3.5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得壳聚糖前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得壳聚糖前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得生物高分子聚合物溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得壳聚糖前驱体的体积比为1:1。搅拌温度为10℃，搅拌速度为500 r/min，搅拌时间为3 h，得到钙钛矿溶液。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃（透明导电基底）依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为15nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:3）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在460 ℃下退火45min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得生物高分子聚合物溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂生物高分子聚合物薄膜壳聚糖基改性钙钛矿薄膜，110℃下退火处理15min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得壳聚糖生物高分子聚合物辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.5微米（μm），Au的厚度为65纳米（nm）。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为11%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为10%。
实施例3
本实施例之无机盐LiI辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1:1.5；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.3gCH3NH3I。恒温温度为70℃，搅拌速度为550 r/min，搅拌时间为4 h。
（2）向二甲基亚砜中加入无机盐LiI，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到无机盐LiI添加前驱体；
无机盐LiI的加入量为二甲基亚砜质量的2.5%。搅拌温度为70℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得无机盐LiI添加前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得无机盐LiI添加前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得无机添加钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得无机盐LiI添加前驱体按照体积比1:5进行混合，搅拌温度为25℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为4.5h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为25nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:5）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在470℃下退火40min，获得厚度为0.6 微米的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得无机添加钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层。
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂无机添加钙钛矿溶液，120℃下退火处理10min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得无机盐LiI辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述P3HT厚度为0.8 μm，Au的厚度为70nm。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为15%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为8%。
实施例4
本实施例之无机添加剂I2辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1:3；CH3NH3I的加入量为为每毫升二甲基甲酰胺加入0.4gCH3NH3I；恒温温度为70℃，搅拌速度为650 r/min，搅拌时间为4 h。
（2）向二甲基亚砜中加入无机盐添加剂I2，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到无机添加剂I2前驱体；
无机添加剂I2的加入量为二甲基亚砜质量的4%。搅拌温度为70℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为4 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得无机添加剂I2前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得无机添加剂I2前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得无机添加剂I2钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得无机添加剂I2前驱体按照体积比1:3进行混合，搅拌温度为25℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为4 h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为15nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:4）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在480 ℃下退火35 min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得无机添加剂I2钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
在所得的TiO2电子传输层上旋涂无机添加剂I2钙钛矿薄膜，100℃下退火处理20min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得无机添加剂I2辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.8 μm，Au的厚度为75nm。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为15%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为9%。
实施例5
本实施例之无机添加剂LiI和I2辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1: 3；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.4gCH3NH3I；恒温温度为75℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为3.5h。
（2）向二甲基亚砜中加入无机添加剂LiI和I2，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到无机添加剂LiI和I2前驱体；
无机添加剂LiI和I2的加入总量为二甲基亚砜质量的4%，LiI和I2摩尔比为1:1。搅拌温度为65℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为4.5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得无机添加剂LiI和I2前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得无机添加剂LiI和I2前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得无机添加剂LiI和I2钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得无机添加剂LiI和I2前驱体按照体积比1:6进行混合，搅拌温度为25℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为5h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为15nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:5）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在500℃下退火30min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得无机添加剂LiI和I2钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂无机添加剂LiI和I2钙钛矿薄膜， 120℃下退火处理25min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.6 μm，Au的厚度为70nm。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为17%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为10%。
实施例6
本实施例之琼脂糖和壳聚糖辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1: 3；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.4gCH3NH3I；恒温温度为75℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为3.5h。
（2）向二甲基亚砜中加入琼脂糖和壳聚糖，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到琼脂糖和壳聚糖前驱体；
琼脂糖和壳聚糖的加入总量为二甲基亚砜质量的4%，琼脂糖和壳聚糖摩尔比为1:1。搅拌温度为65℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为4.5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得琼脂糖和壳聚糖前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得琼脂糖和壳聚糖前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得琼脂糖和壳聚糖钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得琼脂糖和壳聚糖前驱体按照体积比1:6进行混合，搅拌温度为25℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为5h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为15nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:5）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在500℃下退火30min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得琼脂糖和壳聚糖钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂琼脂糖和壳聚糖钙钛矿薄膜， 120℃下退火处理25min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.6 μm，Au的厚度为70nm。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为14%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为13%。
实施例7
本实施例之琼脂糖和I2辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1: 3；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.4gCH3NH3I；恒温温度为75℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为3.5h。
（2）向二甲基亚砜中加入琼脂糖和I2，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到琼脂糖和I2前驱体；
琼脂糖和I2的加入总量为二甲基亚砜质量的4%，琼脂糖和I2摩尔比为1:1。搅拌温度为65℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为4.5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得琼脂糖和I2前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得琼脂糖和I2前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得琼脂糖和I2钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得琼脂糖和I2前驱体按照体积比1:6进行混合，搅拌温度为25℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为5h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为15nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:5）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在500℃下退火30min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得琼脂糖和I2钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂琼脂糖和I2钙钛矿薄膜， 120℃下退火处理25min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.6 μm，Au的厚度为70nm。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为16%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为15%。
实施例8
本实施例之壳聚糖和LiI辅助结晶的钙钛矿太阳能电池的制备方法，依次包括以下操作步骤：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1: 3；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.4gCH3NH3I；恒温温度为75℃，搅拌速度为700 r/min，搅拌时间为3.5h。
（2）向二甲基亚砜中加入壳聚糖和LiI，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到壳聚糖和LiI前驱体；
壳聚糖和LiI的加入总量为二甲基亚砜质量的4%，壳聚糖和LiI摩尔比为1:1。搅拌温度为65℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为4.5 h。
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得壳聚糖和LiI前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得壳聚糖和LiI前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得壳聚糖和LiI钙钛矿溶液；
步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得壳聚糖和LiI前驱体按照体积比1:6进行混合，搅拌温度为25℃，搅拌速度为600 r/min，搅拌时间为5h。
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层（光阳极）；
具体操作步骤如下：将透明FTO导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将颗粒大小为15nm的TiO2无水乙醇溶液（TiO2与无水乙醇的质量比为1:5）旋涂至清洗干净的透明FTO导电玻璃表面，并在500℃下退火30min，获得厚度为0.5 μm的TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得壳聚糖和LiI钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂壳聚糖和LiI钙钛矿薄膜， 120℃下退火处理25min，获得光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)（即 3-己基噻吩的聚合物，即P3HT）空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.6 μm，Au的厚度为70nm。
测试本实施例的钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2 (光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为14%。稳定使用1000h后测量光电转换效率为13%。
对比例1
本对比例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的结构，与实施例1的区别，仅在于步骤（2）中未加入任何添加剂，其制备方法与实施例1相同。
测试本对比例的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池的性能：在室温环境，使用氙灯模拟太阳光，光强为100mW/cm2(光强：使用硅光电二极管标定条件下)，有效光照面积为0.04 cm2，器件光电转换效率为10% ，稳定使用1000h后测量效率为4%。
综上所述，使用本方法制备的钙钛矿太阳能电池在空气中连续使用1000h，其稳定性得到明显的提高，并且无机盐LiI或者I2的加入明显的提升了钙钛矿的光电转换效率。

Claims (10)

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在光阳极吸光层的原料中，添加聚合物和/或无机物，聚合物和/或无机物为琼脂糖、壳聚糖、LiI、I2中的至少一种。
2.根据权利要求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：
（1）向二甲基甲酰胺中加入PbI2和CH3NH3I，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到钙钛矿前驱体；
（2）向二甲基亚砜中加入聚合物和/或无机物，恒温搅拌均匀，形成均匀溶液，得到生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体；
（3）待步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体冷却后，在常温下将步骤（2）所得生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体加入到步骤（1）所得钙钛矿前驱体中，搅拌至其完全混合均匀，得生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿溶液；
（4）取导电玻璃，在导电玻璃上制备TiO2电子传输层；
（5）将步骤（3）所得生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿溶液旋涂到步骤（4）的TiO2电子传输层上，在加热台上进行退火，得到光阳极吸光层；
（6）在步骤（5）所得光阳极吸光层上旋涂聚(3-己基噻吩-2,5-二基)空穴传输层，再在空穴传输层上镀上Au对电极，即得生物高分子聚合物或无机添加辅助结晶的钙钛矿太阳能电池。
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，步骤（1）中，PbI2和CH3NH3I的摩尔比=1:1~3；CH3NH3I的加入量为每毫升二甲基甲酰胺加入0.2~0.5gCH3NH3I。
4.根据权利要求2或3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，恒温温度为60~80℃，搅拌速度为500~700 r/min，搅拌时间为3.5~5 h。
5.根据权利要求2或3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，聚合物和/或无机物的加入总量为二甲基亚砜质量的2%~5%。
6.根据权利要求2或3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，搅拌温度为60~80℃，搅拌速度为500~700 r/min，搅拌时间为3.5~5 h。
7.根据权利要求2或3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，步骤（1）所得钙钛矿前驱体和步骤（2）所得生物高分子聚合物前驱体或无机添加前驱体的体积比为1:1~6；搅拌温度为10~30℃，搅拌速度为500~700 r/min，搅拌时间为3~8 h。
8.根据权利要求2或3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，具体操作步骤如下：将导电玻璃依次用去离子水、丙酮、乙醇分别清洗15-20 min，干燥后用紫外臭氧清洗机处理除去残留的有机物；将TiO2无水乙醇溶液旋涂至清洗干净的导电玻璃表面，并在450-500℃下退火30-50 min，获得厚度为0.5-0.8 微米的TiO2电子传输层。
9.根据权利要求2或3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（5）中，具体操作步骤如下：在TiO2电子传输层上旋涂生物高分子聚合物或无机添加钙钛矿薄膜，90-120℃下退火处理10-30min，获得光阳极吸光层。
10.根据权利要求2或3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤（6）中，具体操作步骤如下：将聚(3-己基噻吩-2,5-二基)旋涂到光阳极吸光层上，再用蒸发镀膜机在空穴传输层上蒸镀Au，所述聚(3-己基噻吩-2,5-二基)厚度为0.5-1 微米，Au的厚度为65-80纳米。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755392A (zh) * 2018-11-27 2019-05-14 中南大学 一种有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN110648900A (zh) * 2019-09-16 2020-01-03 北京航空航天大学 一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法
CN111584717A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 浙江大学 光热组合外场辅助提高有机-无机杂化钙钛矿太阳电池效率的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012182439A (ja) * 2011-01-14 2012-09-20 Sumitomo Chemical Co Ltd 有機光電変換素子
CN104744714A (zh) * 2015-03-12 2015-07-01 华南理工大学 一种壳聚糖/钙钛矿纳米复合薄膜及其制备方法和应用
CN106299139A (zh) * 2016-09-14 2017-01-04 宁波大学 一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制造方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012182439A (ja) * 2011-01-14 2012-09-20 Sumitomo Chemical Co Ltd 有機光電変換素子
CN104744714A (zh) * 2015-03-12 2015-07-01 华南理工大学 一种壳聚糖/钙钛矿纳米复合薄膜及其制备方法和应用
CN106299139A (zh) * 2016-09-14 2017-01-04 宁波大学 一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制造方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ARAVA ZOHAR, ET AL.: "What is the Mechanism of MAPbI3 p-doping by I2? Insights from optoelectronic properties", 《ACS ENERGY LETTERS》 *
潘德群 等: "琼脂糖聚合物对钙钛矿太阳能电池稳定性的研究", 《第五届新型太阳能电池学术研讨会 20180526-0527 (中国 北京) 论文集》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109755392A (zh) * 2018-11-27 2019-05-14 中南大学 一种有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN110648900A (zh) * 2019-09-16 2020-01-03 北京航空航天大学 一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法
CN110648900B (zh) * 2019-09-16 2022-04-12 北京航空航天大学 一种引入锂离子增强CsPbI3钙钛矿稳定性的方法
CN111584717A (zh) * 2020-05-15 2020-08-25 浙江大学 光热组合外场辅助提高有机-无机杂化钙钛矿太阳电池效率的方法
CN111584717B (zh) * 2020-05-15 2022-05-10 浙江大学 光热组合外场辅助提高杂化钙钛矿太阳电池效率的方法

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