CN108963032A - 基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明具体是将电子传输材料沉积在FTO导电玻璃上，随后连续旋涂碱金属离子和碱土金属离子掺杂的钙钛矿型吸光材料的前驱体溶液，形成结晶性能优异的钙钛矿吸光层，最后刮涂碳电极，通过真空处理将两个对称结构的无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池器件通过共用同一个碳电极紧密结合在一起，制成双面无机CsPbBr3钙钛矿太阳能电池。本发明中通过掺杂碱金属和碱土金属离子的种类、比例，缩小钙钛矿的晶体尺寸和降低带隙并提高电池的光电转换效率和稳定性，具有制备方法简单、无空穴传输层、材料和技术的改进空间大等优点。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，具体涉及基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是近年来基于固态染料敏化太阳能电池发展而来的一类新型薄膜太阳能电池。钙钛矿太阳能电池的工作原理是：
（1）当入射太阳光透过光阳极照射到钙钛矿层，钙钛矿层中的价带电子吸收光子能量而跃迁至导带，并在价带处留下空穴；
（2）电子注入到电子传输层的导带，并进一步传输至外电路；而空穴则被空穴传输层提取，实现电子-空穴对的分离。
虽然有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已达到商业化的基本要求，但杂化钙钛矿材料在高湿和高温环境下的晶体结构破坏成为制约钙钛矿太阳能电池商业应用的瓶颈。采用无机CsPbBr3吸光材料制备全无机钙钛矿太阳能电池极大提升了器件稳定性，但仍然存在以下两方面的问题：第一，由于不透明碳电极的完全覆盖，导致器件只能从正面吸收太阳能；第二，载流子传输层/钙钛矿层界面间存在的能级势垒造成电池内部载流子复合严重。以上两个问题不利于该类太阳能电池效率的进一步提升，因此，开发一种制备方法简单的碱金属和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池具有重要的理论意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供了基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明可以获得成本低廉、稳定性好、光电转换效率高的双面无机钙钛矿太阳能电池，推动钙钛矿太阳能电池的产业化进程，具有重要的实用价值和经济价值。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供了基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1g/mL的TiO2浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛溶液；配制浓度为0.05~0.1mol/L的溴化铯溶液，配制浓度为1~2mol/L溴化铅溶液，所述溴化铅溶液中掺杂有碱金属离子或碱土金属离子；
(2)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜后煅烧制备TiO2致密层；
(3)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(2)中制得的TiO2致密层表面，之后煅烧制备TiO2介孔层；
(4)、将步骤(3)制得的TiO2介孔层浸泡在步骤(1)中配制的四氯化钛溶液中加热，并再次加热制备TiO2薄膜；
(5)、将步骤(1)制备的掺杂有金属离子的溴化铅溶液旋涂到步骤(4)制备的TiO2薄膜，然后加热制备碱金属离子或碱土金属离子掺杂的溴化铅薄膜；
(6)、将步骤(1)制备的溴化铯溶液旋涂到步骤(5)中制备的溴化铅薄膜上，然后加热制备碱金属或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
重复此旋涂过程多次，制备碱金属离子或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
(7)、在步骤(6)制备的碱金属离子或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层表面刮涂碳浆料制备单个无机钙钛矿太阳能电池器件，将两个无机钙钛矿太阳能电池器件通过共用同一个碳电极粘结在一起，并在真空干燥气氛下烧结组装成双面无机钙钛矿太阳能电池。
进一步的：所述碱金属离子和碱土金属离子为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、镁离子、钙离子、锶离子或钡离子中的一种或几种。
进一步的：所述步骤(1)中碱金属离子和碱土金属离子掺杂的比例为：将占溴化铅摩尔比分别为2%溴化锂、6%溴化钠、8%溴化钾、9%溴化铷、3%溴化镁、3%溴化钙、3%溴化锶或4%溴化钡加入到溴化铅溶液中。
进一步的：所述步骤(2)中在450~550度下煅烧30~60分钟，所述步骤(3)中在400~500度下煅烧30~60分钟。
进一步的：所述步骤(4)和(5)中的加热是在60~80度下加热30~60分钟，所述步骤(6)中在250~300度下加热5~10分钟。
进一步的：所述步骤(6)中旋涂为在转速为2000转/分下进行，时间为30秒。
进一步的：所述步骤(7)在40-60度真空干燥箱中干燥0.5-2小时。
本发明提供了所述的制备方法步骤(1)-(6)制得的碱金属离子或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层。
本发明还提供了利用所述的制备方法制得的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池，所述双面无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.3~1.6V、短路电流为6~9mA·cm-2、填充因子为0.75~0.85、光电转换效率为7~11%。
本发明还提供了所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池在作为电池组件中的应用。
与现有技术相比，本发明的优点和技术效果是：
1、本发明的制备方法中包括刮涂碳浆料和碳电极组装的步骤，要求刮涂的碳电极迅速组装固定，并在真空干燥箱中干燥，使之紧密结合。
2、本发明的钙钛矿太阳能电池无空穴传输材料，制备成本较低，同时连续旋涂法制备无机CsPbBr3钙钛矿薄膜方法简便易行、成本低廉、改进空间大。更为重要的是电池的稳定性能优良，所组装的无机钙钛矿太阳能电池在湿度为60~90%的环境下连续测试30天，电池效率无明显衰减。
3、本发明的制备方法中包括优化CsPbBr3钙钛矿吸光层的步骤，通过掺杂碱金属元素和碱土金属元素离子，优化CsPbBr3钙钛矿薄膜的晶粒和带隙。
附图说明
图1为本发明所制备的碱金属和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的结构图。
图2为本发明所制备的碱金属和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池在各种离子掺杂前后的J-V曲线。
图3为本发明所制备的经过掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的稳定性能。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
实施例1
本发明所述基于碱金属和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
1、配制浓度为0.5mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液（钛酸异丙酯为溶质，溶解在乙醇中），通过溶胶-水热法制备0.1g/mL的TiO2浆料（TiO2溶解在水中），TiO2颗粒尺寸约为20nm，配制浓度为0.04mol/L的四氯化钛溶液（四氯化钛溶解在水中）；
配制浓度为1mol/L溴化铅溶液（溴化铅为溶质，溶解在DMF中），所述溴化铅溶液中掺杂碱金属离子和碱土金属离子，本发明通过大量实验确定碱金属离子和碱土金属离子的最优比例的掺杂摩尔浓度为：2%溴化锂，6%溴化钠，8%溴化钾，9%溴化铷，3%溴化镁，3%溴化钙，3%溴化锶和4%溴化钡加入到溴化铅溶液中（上述具体的摩尔浓度分别是溴化锂占溴化铅的摩尔比，溴化钠占溴化铅的摩尔比、溴化钾占溴化铅的摩尔比、溴化铷占溴化铅的摩尔比、溴化镁占溴化铅的摩尔比、溴化钙占溴化铅的摩尔比、溴化锶占溴化铅的摩尔比、溴化钡占溴化铅的摩尔比）；配置浓度为0.07 mol/L的溴化铯溶液（溴化铯为溶质，溶解在甲醇中）；
2、将100微升所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜：转速为7000转/分，时间30秒，之后在500度下煅烧60分钟制备TiO2致密层；
3、将步骤1配制的所述TiO2浆料旋涂在步骤2中的TiO2致密层表面，转速为2000转/分，时间为30秒，之后在450度下煅烧30分钟制备TiO2介孔层；
4、将步骤3制得的TiO2介孔层浸泡在所述四氯化钛溶液中，在75度下加热30分钟，之后在450度下煅烧制备得到TiO2薄膜；
5、将步骤1制备的所述掺杂金属离子后的溴化铅溶液旋涂在步骤4制备的TiO2薄膜表面，转速为2000转/分，时间为30秒，之后在100度下加热30分钟，制备碱金属离子或碱土金属离子掺杂的溴化铅薄膜；
6、将步骤1制备的所述溴化铯溶液旋涂在步骤5中制备的溴化铅薄膜表面，并在250度下加热5分钟；
7、重复步骤6中的旋涂过程4次，制备得到碱金属或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
8、在步骤7制备的CsPbBr3钙钛矿层表面利用刮涂法刮涂碳浆料，要求刮涂的碳电极迅速组装固定，并在真空干燥箱中干燥，使之紧密结合，组装成双面太阳能电池。
如图1-3所示，本发明制得的所述所述碱金属和碱土金属掺杂的双面全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.3~1.6V、短路电流为6~9mA·cm-2、填充因子为0.75~0.85、光电转换效率为7~11%。所述双面无机钙钛矿太阳能电池在湿度为60~90%的条件下连续放置30天电池性能无明显衰减。本发明所述基于碱金属和碱土金属离子掺杂CsPbBr3薄膜的双面无机钙钛矿太阳能电池可以作为电池组件和在光伏电站应用。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机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)、配制浓度为0.1~1mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1g/mL的TiO2浆料，配制浓度为0.01~0.05mol/L的四氯化钛溶液；配制浓度为0.05~0.1mol/L的溴化铯溶液，配制浓度为1~2mol/L溴化铅溶液，所述溴化铅溶液中掺杂有碱金属离子或碱土金属离子；
(2)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜后煅烧制备TiO2致密层；
(3)、将所述TiO2浆料旋涂在步骤(2)中制得的TiO2致密层表面，之后煅烧制备TiO2介孔层；
(4)、将步骤(3)制得的TiO2介孔层浸泡在步骤(1)中配制的四氯化钛溶液中加热，并再次加热制备TiO2薄膜；
(5)、将步骤(1)制备的掺杂有金属离子的溴化铅溶液旋涂到步骤(4)制备的TiO2薄膜，然后加热制备碱金属离子或碱土金属离子掺杂的溴化铅薄膜；
(6)、将步骤(1)制备的溴化铯溶液旋涂到步骤(5)中制备的溴化铅薄膜上，然后加热制备碱金属或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
重复此旋涂过程多次，制备碱金属离子或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
(7)、在步骤(6)制备的碱金属离子或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层表面刮涂碳浆料制备单个无机钙钛矿太阳能电池器件，将两个无机钙钛矿太阳能电池器件通过共用同一个碳电极粘结在一起，并在真空干燥气氛下烧结组装成双面无机钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述碱金属离子和碱土金属离子为锂离子、钠离子、钾离子、铷离子、镁离子、钙离子、锶离子或钡离子中的一种或几种。
3.根据权利要求2所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中碱金属离子和碱土金属离子掺杂的比例为：将占溴化铅摩尔比分别为2%溴化锂、6%溴化钠、8%溴化钾、9%溴化铷、3%溴化镁、3%溴化钙、3%溴化锶或4%溴化钡加入到溴化铅溶液中。
4.根据权利要求1所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中在450~550度下煅烧30~60分钟，所述步骤(3)中在400~500度下煅烧30~60分钟。
5.根据权利要求1所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)和(5)中的加热是在60~80度下加热30~60分钟，所述步骤(6)中在250~300度下加热5~10分钟。
6.根据权利要求1所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中旋涂为在转速为2000转/分下进行，时间为30秒。
7.根据权利要求1所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)在40-60度真空干燥箱中干燥0.5-2小时。
8.权利要求1所述的制备方法步骤(1)-(6)制得的碱金属离子或碱土金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层。
9.权利要求1~7任一项所述的制备方法制得的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述双面无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.3~1.6V、短路电流为6~9mA·cm-2、填充因子为0.75~0.85、光电转换效率为7~11%。
10.权利要求9所述的基于碱金属离子和碱土金属离子掺杂的双面无机钙钛矿太阳能电池在作为电池组件中的应用。
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110047951A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-07-23 | 中国海洋大学 | 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 |
| CN110416416A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-11-05 | 西交利物浦大学 | 一种氟和铷掺杂钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN111081816A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-28 | 华中科技大学 | 碱金属离子钝化表面缺陷的钙钛矿纳米晶及其制备与应用 |
| CN111933731A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-11-13 | 暨南大学 | 一种基于全无机钙钛矿的全光谱吸收光伏-热电集成太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN113193120A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-30 | 电子科技大学 | 一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法及其应用 |
| CN114656952A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-24 | 无锡极电光能科技有限公司 | 一种钙钛矿量子点及其制备方法和用途 |
| US11799041B2 (en) | 2018-12-31 | 2023-10-24 | Aalto University Foundation Sr | Double sided solar cell assembly |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105336862A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-02-17 | 湘潭大学 | 一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN105609640A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-05-25 | 湘潭大学 | 一种机械叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| KR20160061888A (ko) * | 2014-11-24 | 2016-06-01 | 주식회사 엘지화학 | 양면형 태양전지 |
| US20170194101A1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-07-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | HALIDE DOUBLE PEROVSKITE Cs2AgBiBr6 SOLAR-CELL ABSORBER HAVING LONG CARRIER LIFETIMES |
| CN105934807B (zh) * | 2013-11-26 | 2017-09-12 | 亨特能量企业有限公司 | 钙钛矿和其它太阳能电池材料 |
| CN107204379A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-26 | 中国科学院化学研究所 | 一种高质量无机钙钛矿薄膜及其制备方法和在太阳能电池中的应用 |
| CN107579134A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-01-12 | 中国海洋大学 | 基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-06-26 CN CN201810667268.9A patent/CN108963032B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105934807B (zh) * | 2013-11-26 | 2017-09-12 | 亨特能量企业有限公司 | 钙钛矿和其它太阳能电池材料 |
| KR20160061888A (ko) * | 2014-11-24 | 2016-06-01 | 주식회사 엘지화학 | 양면형 태양전지 |
| CN105336862A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-02-17 | 湘潭大学 | 一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN105609640A (zh) * | 2015-09-28 | 2016-05-25 | 湘潭大学 | 一种机械叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| US20170194101A1 (en) * | 2015-12-31 | 2017-07-06 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | HALIDE DOUBLE PEROVSKITE Cs2AgBiBr6 SOLAR-CELL ABSORBER HAVING LONG CARRIER LIFETIMES |
| CN107204379A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-26 | 中国科学院化学研究所 | 一种高质量无机钙钛矿薄膜及其制备方法和在太阳能电池中的应用 |
| CN107579134A (zh) * | 2017-08-28 | 2018-01-12 | 中国海洋大学 | 基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| QINGLONG JIANG等: "Electrochemical Lithium Doping Induced Property Changes In Halide Perovskite CsPbBr3 Crystal", 《ACS ENERGY LETTERS》 * |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11799041B2 (en) | 2018-12-31 | 2023-10-24 | Aalto University Foundation Sr | Double sided solar cell assembly |
| CN110047951A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-07-23 | 中国海洋大学 | 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 |
| CN110416416A (zh) * | 2019-06-26 | 2019-11-05 | 西交利物浦大学 | 一种氟和铷掺杂钙钛矿太阳能电池及制备方法 |
| CN111081816A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-04-28 | 华中科技大学 | 碱金属离子钝化表面缺陷的钙钛矿纳米晶及其制备与应用 |
| CN111081816B (zh) * | 2019-12-19 | 2021-07-02 | 华中科技大学 | 碱金属离子钝化表面缺陷的钙钛矿纳米晶及其制备与应用 |
| CN111933731A (zh) * | 2020-07-02 | 2020-11-13 | 暨南大学 | 一种基于全无机钙钛矿的全光谱吸收光伏-热电集成太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN113193120A (zh) * | 2021-04-06 | 2021-07-30 | 电子科技大学 | 一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法及其应用 |
| CN113193120B (zh) * | 2021-04-06 | 2022-03-15 | 电子科技大学 | 一种溴化钾掺杂的钙钛矿薄膜的制备方法及其应用 |
| CN114656952A (zh) * | 2022-03-29 | 2022-06-24 | 无锡极电光能科技有限公司 | 一种钙钛矿量子点及其制备方法和用途 |
| CN114656952B (zh) * | 2022-03-29 | 2023-10-27 | 无锡极电光能科技有限公司 | 一种钙钛矿量子点及其制备方法和用途 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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