CN109244245A - 一种平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种平面钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的减反射层、透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极。其制备方法包括如下步骤：(1)先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；(2)在透明导电衬底的反面溅射一层Al2O3、然后通过水浴方法制备而成多孔减反射层；(3)在透明导电衬底的正面喷涂制备锂掺杂的氧化镍前驱液，退火处理得到空穴传输层；(4)将CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层覆盖在空穴传输层上；(5)采用旋涂法将电子传输层溶液旋涂于吸光层上形成复合电子传输层；(6)再在电子传输层层上蒸发制备金属Ag电极。本发明提高了钙钛矿太阳能电池的效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。
背景技术
近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟镓锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处在起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。
最新发现的钙钛矿电池近年来发展迅速，由于具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了很多的研究成果。钙钛矿吸光材料具有高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数，所以钙钛矿电池可以获得高的短路电池、开路电压和填充因子。目前最高的钙钛矿电池效率记录是由国内中国科学院半导体研究所的游经碧所保持，在美国可再生能源实验室认证取得了23.3%的惊人效率(https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart-20180716.jpg)。
对于倒置结构（p-i-n）的钙钛矿太阳能电池，由于其拥有较高的开路电压和填充因子、基本无迟滞等优点，受到广大钙钛矿研究者的关注。然而，受制于倒置结构电池本身的限制，要想取得高效率，钙钛矿吸光层不宜太厚。较薄的钙钛矿吸光层对于太阳光的吸收不足，使得倒置结构的钙钛矿太阳能电池的短路电流相对于正置结构钙钛矿太阳能电池低。为了在倒置结构钙钛矿太阳能电池的效率上有所突破，我们必须从电池的结构上想办法，增大倒置结构电池的短路电流密度。目前普遍被运用于钙钛矿太阳能电池的透明导电衬底FTO、ITO等，光透过率普遍不是很高，照射到钙钛矿太阳能电池活性面积上的太阳光有一部分被导电衬底反射，最终进入钙钛矿吸光层被吸收的部分不多，限制了钙钛矿太阳能电池的光电流。为了减少透明导电衬底对太阳光的反射，增加钙钛矿吸光层的光吸收，提高钙钛矿太阳能电池、特别是倒置结构的太阳能电池的短路电流密度，本申请首次在倒置结构钙钛矿太阳能电池的透明导电衬底背面引入一层Al2O3多孔太阳光减反射层，减少导电衬底对太阳光的反射，增加钙钛矿吸光层的光吸收，从而提高倒置结构太阳能电池的短路电流，进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率。这对钙钛矿太阳能电池的发展具有重要的意义。
发明内容
本发明针对倒置结构钙钛矿太阳能电池电流密度不高的问题，提供了一种平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该平面钙钛矿太阳能电池可以减少导电衬底对太阳光的反射，增加钙钛矿吸光层的光吸收，提升钙钛矿太阳能电池的短路电流密度。
本发明所提供的技术方案具体如下:
一种平面钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的减反射层、透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极。
所述减反射层为磁控溅射方法镀在透明导电衬底背面的一层Al2O3、然后通过水浴方法制备而成的太阳光多孔减反射层。
所述透明导电衬底为FTO透明导电玻璃衬底。
所述空穴传输层为锂掺杂的氧化镍空穴传输层。
所述钙钛矿吸光层为CH3NH3PbI3吸光层。
所述电子传输层为PCBM层和BCP层组成的复合薄膜。
所述的金属电极为银电极。
上述平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1) 先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；
(2) 在透明导电衬底的反面（不导电面）溅射一层Al2O3、然后通过水浴方法制备而成多孔减反射层；
(3) 在透明导电衬底的正面（导电面）喷涂制备锂掺杂的氧化镍前驱液，退火处理得到空穴传输层； (4) 将CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层覆盖在空穴传输层上； (5) 采用旋涂法将电子传输层溶液旋涂于吸光层上形成复合电子传输层； (6) 再在电子传输层层上蒸发制备金属Ag电极。
所述的Al2O3多孔太阳光减反射层的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将清洗干净的导电衬底置于磁控溅射仪，靶材为Al靶，Ar:O2=10:4，溅射功率，溅射30min；
(2) 往烧杯加入去离子水，将溅射好的样品置于烧杯中，加热到95℃，水浴10分钟后用氮气吹干。
所述在透明导电衬底（正面）上制备锂掺杂的氧化镍空穴传输层的方法，采用包括如下步骤方法制得：
(1) 首先制备氧化物的前驱体溶液：在307.2mg乙酰丙酮镍中依次加入19mL的乙腈和1mL的无水乙醇，经摇匀后超声10分钟得到溶液浓度为0.06M的乙酰丙酮镍的乙腈和乙醇溶液（溶液浓度为0.06M）；将23mg的Li-TFSI溶解在的2mL的乙腈中，搅拌得到锂盐溶液；取26微升的锂盐溶液加入到上面乙酰丙酮镍的乙腈和乙醇溶液中，摇匀并超声3分钟得到氧化镍的前驱体溶液。
(2) 使用喷雾热解镀膜机将所配制的氧化物的前驱体溶液按四个周期均匀喷涂在温度为450摄氏度的透明导电衬底上，喷涂完后在450摄氏度退火60分钟，从而得到一层致密的氧化镍空穴传输层。
所述在空穴传输层上覆盖CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层的制备方法，包括如下步骤：
(1) 将摩尔比为1:1的CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）的混合溶液中，60摄氏度下搅拌数小时，得到钙钛矿前驱体溶液；其中DMF和DMSO的体积比为4:1。
(2) 用匀胶机将上述配制好的钙钛矿前驱体溶液液均匀地旋涂在氧化物空穴传输层上。旋涂过程中滴加氯苯，退火，得到钙钛矿吸光层。
所述在吸光层上电子旋涂电子传输层的制备方法包括如下步骤：
(1) 将20mg/ml的PCBM溶解到氯苯中，搅拌备用，将0.5mg/ml的BCP溶解到乙醇溶液中搅拌备用。
(2) 在钙钛矿光吸收层上均匀旋涂一层PCBM层，再在PCBM层上旋涂一层BCP层。
本发明通过在倒置结构钙钛矿太阳能电池的透明导电衬底背面引入一层多孔Al2O3太阳光减反射层，减少了透明导电衬底对太阳光的反射，增加了钙钛矿吸光层对光的吸收，提升了钙钛矿太阳能电池的短路电流密度，最终使得钙钛矿太阳能电池的效率有了进一步的提高。有利于技术的应用和推广。
本发明具有以下优点和有益效果：
1）倒置结构钙钛矿太阳能电池的开压和填充因子较大，并且测试时候没有迟滞，电池效率可靠性高；
2）多孔Al2O3太阳光减反射层可以有效减少透明导电衬底对太阳光的反射，能增加钙钛矿吸光层对太阳光的吸收，增加倒置结构钙钛矿太阳能电池的短路电流和光电转换效率。
附图说明
图1 是发明钙钛矿太阳能电池的器件结构示意图。
图2是减反射层扫描电镜照片。
图3是实施例1中透明导电衬底的光透射图谱。
图4是 实施例2中沉积多孔Al2O3太阳光减反射层后的透明导电衬底的光透射图谱。
图5是实施例3制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
图6是 实施例4制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
具体实施方式
参见图1，本发明包括依次层叠的减反射层1、透明导电衬底2、空穴传输层3、钙钛矿吸光层4、电子传输层5、6和金属电极7。
所述减反射层为磁控溅射方法镀在透明导电衬底背面的一层Al2O3、然后通过水浴方法制备而成的太阳光多孔减反射层。
所述透明导电衬底为FTO透明导电玻璃衬底。
所述空穴传输层为锂掺杂的氧化镍空穴传输层。
所述钙钛矿吸光层为CH3NH3PbI3吸光层。
所述电子传输层为PCBM层 6和BCP层 7组成的复合薄膜。
所述的金属电极为银电极。
实施例1：
1）清洗。试验中要先对FTO导电玻璃衬底进行清洗、吹干。将尺寸大小合适的FTO导电玻璃用清洁剂先清洗干净，再用去离子水冲洗。然后依次用去离子水、丙酮、乙醇超声清洗，最后再用氮气吹干备用。
2）将清洗干净的样品置于紫外-可见光分度计测试光透过率，背底为空气，测试结果如图3所示。
实施例2：
1）清洗。同实施例1。
2）太阳光减反射层制备。将清洗干净的导电衬底置于磁控溅射仪，靶材为Al靶，Ar:O2=10:4，溅射功率100W，溅射30min。往烧杯加入去离子水，将溅射好的衬底置于烧杯中，加热到95℃，水煮10分钟后用氮气吹干。得到的太阳光减反射层扫描电镜照片如图2所示。
3）光透过率测试。同实施例1，获得光透过率如图4所示。
实施例3：
1）清洗。同实施例1。
2）空穴传输层制备。在307.2mg乙酰丙酮镍中依次加入19mL的乙腈和1mL的无水乙醇，经摇匀后超声10分钟得到乙酰丙酮镍的乙腈和乙醇溶液（溶液浓度为0.06M）；将23mg的Li-TFSI溶解在2mL的乙腈中，搅拌得到锂盐溶液；取26微升的锂盐溶液加入到上面乙酰丙酮镍的乙腈和乙醇溶液中，摇匀并超声3分钟得到氧化镍的前驱体溶液。使用喷雾热解镀膜机将所配制的氧化物的前驱体溶液按四个周期均匀喷涂在温度为450摄氏度的透明导电衬底上，喷涂完后在450摄氏度退火60分钟，从而得到一层致密的氧化镍空穴传输层。
3）钙钛矿吸光层的制备。将摩尔比为1:1的CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺（DMF）和二甲基亚砜（DMSO）的混合溶液中，60摄氏度下搅拌数小时，得到钙钛矿前驱体溶液；其中DMF和DMSO的体积比为4:1。再将配置好的钙钛矿前驱体溶液均匀地旋涂在经过退火的氧化物空穴传输层上。旋涂条件为：低速500rpm旋涂5s，再高速4000rpm旋涂30s，并在高速旋涂开始后滴加300 μL乙酸乙酯反溶剂，先在60摄氏度退火2分钟，在于100摄氏度下退火10分钟，得到钙钛矿吸收层。
4）电子传输层制备。将20mg的富勒烯衍生物3'-苯基-3'H-环丙[1,9][5,6]富勒烯-C60-Ih-3'-丁酸甲酯（PCBM）溶解到1ml氯苯中，搅拌溶解，将0.5mg的二溴邻甲酚磺呋酞（BCP）溶解到1ml乙醇溶液中搅拌溶解。在钙钛矿光吸收层上均匀旋涂一层PCBM层，在80摄氏度下退火10分钟。然后在PCBM层上旋涂一层BCP层，在80摄氏度下退火2分钟。
5）电极制备。把旋涂好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热蒸发工艺蒸发一层银薄膜电极，最后得到平面钙钛矿太阳能电池，。
6）测试。在AM1.5，活性层有效面积为0.09 cm2的条件下对电池进行测试。其J-V曲线如图5所示。获得的光电转换效率参数为，开路电压1.115V，短路电流密度19.811 mA/cm2，填充因子0.696，转换效率15.385%。
实施例4：
1）清洗。同实施例1。
2）太阳光减反射层制备。同实施例2。
3）空穴传输层制备。同实施例3。
4）钙钛矿吸光层制备。同实施例3。
5）电子传输层制备。同实施例3。
6）电极制备。同实施例3。
7）测试，同实施例3。其J-V曲线如图6所示。获得的光电转换效率参数为，开路电压1.125V，短路电流密度21.811 mA/cm2，填充因子0.688，转换效率16.886%。
本发明中采用倒置结构的钙钛矿太阳能电池，并运用多孔Al2O3太阳光减反射层，增加钙钛矿吸光层的太阳光吸收，大大增加了钙钛矿太阳能电池的光电流。多孔结构的Al2O3可以有效减少导电衬底对太阳光的反射，增加透过衬底、进入钙钛矿吸光层的太阳光，增加钙钛矿层的光吸收。基于此种结构的钙钛矿太阳能电池取得的光电转换效率相较于传统钙钛矿太阳能电池更高，具有商业化的潜能。
Claims (10)
1.一种平面钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠的减反射层、透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极。
2.根据权利要求1所述的平面钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述减反射层是使用磁控溅射方法镀在透明导电衬底背面的一层Al2O3、然后通过水浴方法制备而成的太阳光多孔减反射层。
3.根据权利要求1所述的平面钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电衬底为FTO透明导电玻璃衬底；所述空穴传输层为锂掺杂的氧化镍空穴传输层；所述的金属电极为银电极。
4.根据权利要求1所述的平面钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层为CH3NH3PbI3吸光层。
5.根据权利要求1所述的平面钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为PCBM和BCP复合薄膜。
6.根据权利要求1-5任一项所述的平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；
（2）在透明导电衬底的不导电面溅射一层Al2O3、然后通过水浴方法制备而成多孔减反射层；
（3）在透明导电衬底的导电面喷涂制备锂掺杂的氧化镍前驱液，退火处理得到空穴传输层； （4）将CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层覆盖在空穴传输层上；
（5）采用旋涂法将电子传输层溶液旋涂于吸光层上形成复合电子传输层；
（6）再在电子传输层上蒸发制备金属Ag电极。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）的具体方法为：
将清洗干净的导电衬底置于磁控溅射仪，靶材为Al靶，Ar:O2=10:4，溅射功率100 W，溅射30 min；
往烧杯加入去离子水，将溅射好的样品置于烧杯中，加热到95℃，水浴10分钟后用氮气吹干。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）的具体方法为：
（1）首先制备氧化物的前驱体溶液：在307.2mg乙酰丙酮镍中依次加入19mL的乙腈和1mL的无水乙醇，经摇匀后超声10分钟得到溶液浓度为0.06M的乙酰丙酮镍的乙腈和乙醇溶液；将23mg的Li-TFSI溶解在的2mL的乙腈中，搅拌得到锂盐溶液；取26微升的锂盐溶液加入到上面乙酰丙酮镍的乙腈和乙醇溶液中，摇匀并超声3分钟得到氧化镍的前驱体溶液；
（2）使用喷雾热解镀膜机将所配制的氧化物的前驱体溶液按四个周期均匀喷涂在温度为450摄氏度的透明导电衬底上，喷涂完后在450摄氏度退火60分钟，从而得到一层致密的氧化镍空穴传输层。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）的具体方法为：
（1）将摩尔比为1:1的CH3NH3I和PbI2一同溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，60摄氏度下搅拌数小时，得到钙钛矿前驱体溶液；其中DMF和DMSO的体积比为4:1；
（2）用匀胶机将上述配制好的钙钛矿前驱体溶液液均匀地旋涂在氧化物空穴传输层上；
旋涂过程中滴加氯苯，退火，得到钙钛矿吸光层。
10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述的电子传输层的制备方法包括如下步骤：
（1）将20mg/ml的PCBM溶解到氯苯中，搅拌备用；将0.5mg/ml的BCP溶解到乙醇溶液中搅拌备用；
（2）在钙钛矿光吸收层上均匀旋涂一层PCBM层，再在PCBM层上旋涂一层BCP层。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN110265551A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-09-20 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 | 一种钙钛矿结构太阳电池及其制备方法 |
| CN110311042A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-10-08 | 南京邮电大学 | 一种自组装单分子层和钙钛矿太阳能电池的制备方法及钙钛矿太阳能电池 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1834693A (zh) * | 2005-02-18 | 2006-09-20 | 佳能株式会社 | 光学透明部件和使用该光学透明部件的光学系统 |
| CN103762248A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 中国科学院半导体研究所 | 具有减反射膜的太阳能电池元件及其制备方法 |
| CN107068866A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-08-18 | 济南大学 | 一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术 |
| CN108281560A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-13 | 武汉大学 | 基于氧化镓保护层的倒置梯度体异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
-
2018
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1834693A (zh) * | 2005-02-18 | 2006-09-20 | 佳能株式会社 | 光学透明部件和使用该光学透明部件的光学系统 |
| CN103762248A (zh) * | 2014-01-23 | 2014-04-30 | 中国科学院半导体研究所 | 具有减反射膜的太阳能电池元件及其制备方法 |
| CN107068866A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-08-18 | 济南大学 | 一种半透明钙钛矿太阳能电池及其组装技术 |
| CN108281560A (zh) * | 2018-01-26 | 2018-07-13 | 武汉大学 | 基于氧化镓保护层的倒置梯度体异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110265551A (zh) * | 2019-05-05 | 2019-09-20 | 青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司 | 一种钙钛矿结构太阳电池及其制备方法 |
| CN110311042A (zh) * | 2019-05-31 | 2019-10-08 | 南京邮电大学 | 一种自组装单分子层和钙钛矿太阳能电池的制备方法及钙钛矿太阳能电池 |
| CN110311042B (zh) * | 2019-05-31 | 2022-10-14 | 南京邮电大学 | 一种自组装单分子层和钙钛矿太阳能电池的制备方法及钙钛矿太阳能电池 |
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