CN109786555A - 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 - Google Patents

一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，该太阳能电池包括自下而上的透明衬底层、透明阳极层、阶层梯度空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层、金属阴极层。上述各层主要通过蒸镀工艺制备而成。本发明的太阳能电池开路电压VOC及光电转换效率PCE较高，最大效率可达16.8％，开路电压可达到1.05V，稳定性好。

Description

一种钙钛矿太阳能电池及制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池及制备方法，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及制备方法。
背景技术
随着社会的发展，环境污染、资源短缺已经成为当今最亟待解决的问题，加快寻找和开发清洁可再生能源已经成为国际共识。太阳能因廉价易得、清洁可再生、应用范围广等优势成为研究者们的重点研究对象。以硅电池为代表的无机太阳能电池制备技术已经日益成熟，实现了商业化。但是，硅电池复杂的制造过程及其高昂的造价，使得研究人员逐渐将目光转向低成本、低能耗、环境友好、原料丰富的新型太阳电池的开发。
近年来，基于有机金属卤化物钙钛矿材料的太阳能电池效率高、制备简单、成本低廉等优势引起了人们的广泛关注。
钙钛矿材料CH3NH3PbX3具有较高的载流子迁移率、低的激子结合能宽的吸收光谱和高的光吸收系数，这使得它能够充分的吸收太阳光并且降低在光电转换过程中的能量损耗。钙钛矿太阳能电池制备的原料廉价、制备成本低，因而在太阳能领域具有巨大的潜在应用价值，将在未来能源结构中占有重要的地位。
钙钛矿太阳能电池主要包括介孔和平面异质结两种结构，其中导致的平面异质结结构的钙钛矿太阳能电池由于其可低温处理光电转换效率高及其几乎没有磁滞效应等优点成为目前研究人员主要的研究方向。目前在平面异质结钙钛矿太阳能电池中所用到的空穴传输材料主要为PDEOT：PSS，但由于PDEOT：PSS与钙钛矿活性层能级不匹配，从而导致器件的开路电压和光电转换效率偏低。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池开路电压及光电转换效率显著提高。
本发明的另一目的是提供所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
技术方案：本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，其结构自下而上依次为：透明衬底层、透明阳极层、阶层梯度空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层、金属阴极层。本发明可采用先涂抹环氧树脂，再用紫外灯光照15分钟的封装方式，这种封装方式不仅操作过程简单，还能达到很好的封装效果。
进一步地，所述阶层梯度空穴传输层的材质为PEDOT：PSS和PEDOT：PSS-VOx；所述钙钛矿吸光层的材质为钙钛矿材料；所述电子传输层的材质为PCBM-CB和C60；所述电子缓冲层的材质为LiF；所述金属阴极层的材质为Al、Ag或Au中的一种；所述透明阳极层的材质为ITO；所述透明衬底层的材质为透明玻璃。
进一步地，所述阶层梯度空穴传输层包括下层PEDOT：PSS层、上层PEDOT：PSS-VOx层；所述电子传输层包括下层PCBM层、上层C60层。
所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
(1)透明阳极层的制备：在透明阳极层上刻蚀出刻蚀槽，清洗干净后烘干并进行UV处理；
(2)阶层梯度空穴传输层的制备：在(1)处理后的透明阳极层上旋涂PEDOT：PSS，空气中退火后再旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，之后空气中退火形成阶层梯度空穴传输层；
(3)钙钛矿吸光层的制备：在阶层梯度空穴传输层上旋涂钙钛矿溶液，在旋涂4～6s时迅速滴涂PCBM-CB溶液，然后进行退火，形成钙钛矿吸光层；
(4)电子传输层制备：将PCBM-CB溶液旋涂到钙钛矿吸光层上，然后在PCBM上蒸镀C60，形成电子传输层；
(5)电子缓冲层的制备：在电子传输层蒸镀LiF，形成电子缓冲层；
(6)金属阴极层的制备：在电子缓冲层上蒸镀金属，形成金属阴极层。
进一步地，所述步骤(2)中PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液的制备方法如下：将C9H21O4V溶于IPA中，混合后的溶液在室温下搅拌均匀，再与PEDOT∶PSS以体积比1∶1～3混合，混合后的溶液在室温下搅拌，即可。所述步骤(3)中钙钛矿溶液为CH3NH3PbI3溶液。
进一步地，所述CH3NH3PbI3溶液的制备方法如下：将PbI2和CH3NH3I溶于DMF与DMSO溶液中，混合后的溶液在加热条件下搅拌2-3h，即可。
有益效果：本发明采用有机金属钒氧化物掺杂PEDOT：PSS构筑层状梯度结构空穴传输层，能够有效改善空穴传输层与钙钛矿活性层的能级匹配，可以有效的提高电池的开路电压VOC及光电转换效率PCE，最大效率可达16.8％，开路电压可达到1.05V；本发明采用有机金属钒氧化物掺杂PEDOT：PSS构筑层状梯度结构空穴传输层，能有效阻挡钙钛矿活性层与水氧的接触，从而有效的解决了钙钛矿太阳能电池稳定性差的问题；本发明中采用一步旋涂法制备钙钛矿电池的吸收层，通过旋涂能有效的控制吸收层的厚度，粗糙度以及钙钛矿晶体的尺寸，从而很容易制备出高性能无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池。
附图说明
图1是本发明的具有阶层空穴传输结构的钙钛矿太阳能电池的器件结构图；
图2是本发明的具有阶层空穴传输结构的钙钛矿太阳能电池的器件J-V曲线图，其中a，b，c线分别对应实施例1，2，3；
图3是本发明的具有阶层空穴传输结构的钙钛矿太阳能电池的器件J-V曲线图，其中a，b，c线分别对应实施例2，4，5；
图4是本发明的具有阶层空穴传输结构的钙钛矿太阳能电池的器件J-V曲线图，其中a，b，c线分别对应实施例2，6，7；
图5是本发明实施例2中通过旋涂法制备的CH3NH3PbI3薄膜的低倍数与高倍数SEM图；
图6是本发明实施例2制得的具有阶层空穴传输结构的钙钛矿太阳能电池的器件通过正扫(低电压到高电压1.2V到-1.2V)和反扫(高电压到低电压1.2V到-1.2V)的J-V曲线图；
图7本发明实施例2中通过旋涂法制备的CH3NH3PbI3薄膜的XRD图；
图8是本发明实施例2中通过旋涂法制备的具有阶层空穴传输结构的钙钛矿太阳能电池的器件在N2手套箱中放置一个月的长期工作稳定性图。
具体实施方式
实施例1
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT∶PSS以体积比1∶2混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气150℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图2中J-V曲线中的线a所示。从图中可以得到器件的开压为1.02V，填充因子为0.64，效率为12.4％。
实施例2
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT：PSS以体积比1∶2混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以6000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气150℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图2中J-V曲线中的线a、图3中J-V曲线中的线b和图4中J-V曲线中的线b所示，所制备的器件通过正扫(低电压到高电压1.2V到-1.2V)和反扫(高电压到低电压1.2V到-1.2V)的J-V曲线如图5所示，从图中可以得到器件的开压为1.05V，填充因子为0.70，效率为16.84％，为所制备的CH3NH3PbI3晶体XRD表征如图7所示，表面已经完全形成钙钛矿材料。
实施例3
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT∶PSS以体积比1∶2混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以8000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气150℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图2中J-V曲线中的线b所示。从图中可以得到器件的开压为1.02V，填充因子为0.65，效率为15.7％，所制备的CH3NH3PbI3薄膜的表面形貌如图6a所示，图6b是对应的高倍数SEM扫描图，表面薄膜致密平整，几乎无孔隙。
实施例4
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT∶PSS以体积比1∶1混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以6000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气150℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图3中J-V曲线中的线a所示。从图中可以得到器件的开压为0.99V，填充因子为0.64，效率为12.8％。所制备的钙钛矿太阳能电池在手套箱中放置30天的长期工作稳定性如图8所示。
实施例5
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT∶PSS以体积比1∶3混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以6000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气150℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图3中J-V曲线中的线c所示。从图中可以得到器件的开压为1.02V，填充因子为0.68，效率为15.8％。
实施例6
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT：PSS以体积比1∶2混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以6000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气100℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图4中J-V曲线中的线a所示。从图中可以得到器件的开压为0.96V，填充因子为0.6，效率为15.2％。
实施例7
将PbI2和CH3NH3I按摩尔比1∶1溶于N，N-二甲基甲酰胺(DMF)与二甲亚砜(DMSO)溶液中，两种溶剂的体积比为10∶1，混合后的溶液在60℃温度下均匀搅拌2小时，制得浓度为1.25mol/L的CH3NH3PbI3溶液，待用。将三异丙醇氧化钒(C9H21O4V)按体积比1∶300溶于异丙醇(IPA)中，混合后的溶液在室温下均匀搅拌30min，然后与PEDOT∶PSS以体积比1∶2混合，混合后的溶液在室温下搅拌30min，制得PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液，待用。将PCBM分散在氯苯中，使其浓度为6mg/mL和20mg/mL，在常温下搅拌24h即可得到PCBM溶液，待用。
将刻蚀好的ITO导电玻璃依次用洗液溶液、去离子水、丙酮、乙醇各两遍超声15min。将清洗好的ITO导电玻璃用烘箱120℃烘干10min并UV 15min。使用旋涂仪将UV好的ITO导电玻璃以4000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS溶液，旋转时间为60s，旋涂完毕后在空气中120℃退火30min；然后以6000rpm的转速旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，旋涂时间为60s，空气200℃退火20min形成一种具有梯度结构的空穴传输层；然后将退完火的片子放到在普通的手套箱中，以6000rpm的转速将搅拌好的CH3NH3PbI3溶液旋涂到PEDOT：PSS层上，旋涂时间为30s，旋涂4s时迅速滴涂一层6mg/mL的PCBM氯苯溶液，之后进行100℃退火10min处理，形成高质量吸光层。将退火的片子冷却后，将20mg/mL PCBM溶液旋涂到吸光层上，采用的旋涂速度为2000rpm，旋涂时间为60s。利用真空蒸镀设备在PCBM上蒸镀C60，形成复合的电子传输层结构。C60厚度为8nm，蒸镀的速率为1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。利用真空蒸镀设备在C60上蒸镀LiF，形成电子缓冲层其厚度为1nm，蒸镀的速率为0.1Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa，然后在空穴阻挡层上蒸镀金属，形成金属电极。金属阴极的厚度为100nm，蒸镀速率为5Hz/s，其蒸镀的气压环境小于5×10-4Pa。
在室温环境下，测器件的J-V曲线。所制备的器件性能对应图2中J-V曲线中的线c所示。从图中可以得到器件的开压为0.96V，填充因子为0.68，效率为14.8％。

Claims (7)

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：其结构自下而上依次为：透明衬底层、透明阳极层、阶层梯度空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、电子缓冲层、金属阴极层。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述阶层梯度空穴传输层的材质为PEDOT：PSS和PEDOT：PSS-VOX；所述钙钛矿吸光层的材质为钙钛矿材料；所述电子传输层的材质为PCBM-CB和C60；所述电子缓冲层的材质为LiF；所述金属阴极层的材质为Al、Ag或Au中的一种；所述透明阳极层的材质为ITO；所述透明衬底层的材质为透明玻璃。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述阶层梯度空穴传输层包括下层PEDOT：PSS层、上层PEDOT：PSS-VOX层；所述电子传输层包括下层PCBM层、上层C60层。
4.如权利要求1-3任一项所述的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)透明阳极层的制备：在透明阳极层上刻蚀出刻蚀槽，清洗干净后烘干并进行UV处理；
(2)阶层梯度空穴传输层的制备：在(1)处理后的透明阳极层上旋涂PEDOT：PSS，空气中退火后再旋涂PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA的共混溶液，之后空气中退火形成阶层梯度空穴传输层；
(3)钙钛矿吸光层的制备：在阶层梯度空穴传输层上旋涂钙钛矿溶液，在旋涂4～6s时迅速滴涂PCBM-CB溶液，然后进行退火，形成钙钛矿吸光层；
(4)电子传输层制备：将PCBM-CB溶液旋涂到钙钛矿吸光层上，然后在PCBM上蒸镀C60，形成电子传输层；
(5)电子缓冲层的制备：在电子传输层蒸镀LiF，形成电子缓冲层；
(6)金属阴极层的制备：在电子缓冲层上蒸镀金属，形成金属阴极层。
5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中PEDOT：PSS与C9H21O4V-IPA共混溶液的制备方法如下：将C9H21O4V溶于IPA中，混合后的溶液在室温下搅拌均匀，再与PEDOT∶PSS以体积比1∶1～3混合，混合后的溶液在室温下搅拌，即可。
6.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中钙钛矿溶液为CH3NH3PbI3溶液。
7.根据权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述CH3NH3PbI3溶液的制备方法如下：将PbI2和CH3NH3I溶于DMF与DMSO溶液中，混合后的溶液在加热条件下搅拌2-3h，即可。
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