CN110047951A - 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 - Google Patents
基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110047951A CN110047951A CN201910203008.0A CN201910203008A CN110047951A CN 110047951 A CN110047951 A CN 110047951A CN 201910203008 A CN201910203008 A CN 201910203008A CN 110047951 A CN110047951 A CN 110047951A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transition metal
- metal ions
- cspbbr
- full
- titanium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 12
- 230000031709 bromination Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000005893 bromination reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 8
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims abstract description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 29
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 18
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 claims description 16
- ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L dibromolead Chemical compound Br[Pb]Br ZASWJUOMEGBQCQ-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 13
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N methanol Natural products OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N [Ca].[Ti] Chemical compound [Ca].[Ti] JTCFNJXQEFODHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims description 8
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 7
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 claims description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 6
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 6
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 5
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N Zinc dication Chemical compound [Zn+2] PTFCDOFLOPIGGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- HGWOWDFNMKCVLG-UHFFFAOYSA-N [O--].[O--].[Ti+4].[Ti+4] Chemical compound [O--].[O--].[Ti+4].[Ti+4] HGWOWDFNMKCVLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- SGWTWSJQYHSLLT-UHFFFAOYSA-M CO.[Br-].[Cs+] Chemical compound CO.[Br-].[Cs+] SGWTWSJQYHSLLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N Cu2+ Chemical compound [Cu+2] JPVYNHNXODAKFH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 241000790917 Dioxys <bee> Species 0.000 claims description 3
- WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N Manganese(2+) Chemical compound [Mn+2] WAEMQWOKJMHJLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 3
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001431 copper ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 iron ion Chemical class 0.000 claims description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 2
- 229910001437 manganese ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000001354 calcination Methods 0.000 claims 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000006798 recombination Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005215 recombination Methods 0.000 abstract description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 abstract description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 11
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M Bromide Chemical compound [Br-] CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 229940006460 bromide ion Drugs 0.000 description 1
- NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N caesium(1+) Chemical compound [Cs+] NCMHKCKGHRPLCM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005049 combustion synthesis Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008602 contraction Effects 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000008236 heating water Substances 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N lead(2+) Chemical compound [Pb+2] RVPVRDXYQKGNMQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0224—Electrodes
- H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
- H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明具体是先在导电玻璃上旋涂电子传输层，随后旋涂混入过渡金属离子的溴化铅溶液，再多次旋涂溴化铯溶液，制得具有高结晶性、大晶粒尺寸及无孔洞的钙钛矿薄膜，最后刮涂碳背电极组装成基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池。本发明通过掺杂过渡金属离子降低钙钛矿薄膜内缺陷态密度，同时调节能带结构，减少电荷迁移能量损失，促进光生电荷分离、提取和转移并降低电荷复合，进而提高电池的光电转换效率及长期运行稳定性，具有制备方法简单可行、材料组合优化空间大、无贵金属背电极及空穴传输层和成本低廉等优点。
Description
技术领域
本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，具体涉及基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。
背景技术
太阳能资源丰富、免费使用，而且又无需运输，对环境无任何汚染，是清洁的可再生能源利用的中坚力量。利用太阳能最有效的方式之一是将太阳能直接转换为电能，近几年来，钙钛矿太阳能电池因其光电转换效率由3.8%迅速发展至23.7%而成为最受关注的光伏器件之一。但是传统的有机-无机杂化钙钛矿材料在高温或潮湿空气环境中易分解，导致器件稳定性较差，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化应用。通过用无机铯离子取代有机离子制备的全溴基CsPbBr3钙钛矿克服了空气和高温环境中稳定性差的问题，但因钙钛矿膜内存在较多的缺陷态密度及与载流子传输层间界面能量差大，造成组装的电池内部由缺陷态主导的非辐射电荷复合与空间电荷积累引起的双分子辐射电荷复合较严重，限制了全无机钙钛矿太阳能电池光伏性能的进一步提升。因此，开发一种基于制备方法简单、晶粒尺寸大、内部缺陷态少及能带结构可调的高质量CsPbBr3薄膜的全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一种基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明可以获得制备方法简单、成本低、光电转换效率高及稳定性好的无空穴层全无机钙钛矿太阳能电池，加速钙钛矿太阳能电池的商业化应用进程，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：
本发明提供了一种基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，它包括以下步骤：
(1)、配制溶液：钛酸异丙酯乙醇溶液（0.1 ~ 1 mol/L），二氧化钛浆料（0.05 ~ 0.1 g/mL），四氯化钛水溶液（0.01 ~ 0.05 mol/L）； 掺杂有过渡金属离子的溴化铅DMF溶液（1 ~2 mol/L），； 溴化铯甲醇溶液（0.05 ~ 0.1 mol/L）；
(2)、制备电子传输层：将上述配制好的钛酸异丙酯的甲醇溶液旋涂在刻蚀并清洗（水、乙醇、丙酮依次清洗2 ~ 3遍）干净的FTO基底上，高温煅烧制得致密二氧化钛层；将上述配制好的二氧化钛浆料旋涂到致密二氧化钛层上，高温煅烧制得二氧化钛薄膜；将制得的二氧化钛薄膜浸泡在上述配制好的四氯化钛溶液中，在60 ~ 80度下水浴浸泡后，用水、乙醇清洗晾干，高温煅烧制得介孔二氧化钛层；
(3)、制备钙钛矿吸光层：将上述配制的掺杂有过渡金属离子的溴化铅DMF溶液旋涂在介孔二氧化钛层上，加热制得二氧化钛/溴化铅薄膜；将上述配制的溴化铯甲醇溶液旋涂在二氧化钛/溴化铅薄膜表面，加热5 ~ 10分钟，重复此步骤多次旋涂，制备得到均匀致密的过渡金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
(4)、刮涂背电极：在步骤(3)制备的CsPbBr3钙钛矿层表面刮涂碳浆料，组装成全无机钙钛矿太阳能电池。
进一步的：所述步骤(1)中过渡金属离子与溴化铅的摩尔比例为0.3 ~ 3:100，所述过渡金属离子为锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子及锌离子中的一种或多种。
进一步的：所述步骤(2)中制备致密二氧化钛层是在7000转/分下进行，时间为30秒；制备二氧化钛薄膜是在2000转/分下进行，时间为30秒；制备介孔二氧化钛薄膜是在60~ 80度下水浴锅中加热0.5 ~ 1小时，以上3步皆需要在马弗炉中400 ~ 500度下煅烧0.5 ~2小时。所述步骤(3)旋涂掺杂有过渡金属离子的溴化铅溶液并在2000转/分下进行，时间为30秒，旋涂后在加热板上70 ~ 90度下加热0.5 ~ 1小时；旋涂溴化铯后在加热板上200 ~300度下加热5 ~ 10分钟，旋涂溴化铯的次数是6 ~ 8次。
本发明还提供了所述的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池。
进一步的：所述全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.4 ~ 1.6 V、短路电流为6 ~ 7.5 mA·cm-2、填充因子为0.70 ~ 0.85、光电转换效率为6 ~ 9.5 %。
本发明还提供了所述的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全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、本发明充分利用过渡金属离子独特的电子结构及与铅离子相比较小的离子半径性质，将其掺入CsPbBr3钙钛矿晶格内引起晶格收缩导致晶体结合能增加，抑制晶核形成并增大晶粒尺寸，降低钙钛矿层晶界数量及缺陷态密度，同时因过渡金属离子与溴离子结合能增大使电子密度重新排布，调整了CsPbBr3的能带结构，降低了其与载流子传输层间的界面能量差。缺陷态密度的减少和界面能量差的降低有效抑制了电荷复合并促进了电子-空穴提取过程，使电池的光伏性能大幅提升，经优化已将全无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升至9%以上。
2、本发明采用过渡金属离子掺杂与其他异价离子掺杂相比，可消除电荷补偿效应形成的缺陷态，充分提高载流子寿命，进一步有效促进电荷分离、提取和迁移，降低电荷复合及提升电池的光伏性能。
3、本发明所涉及的全无机钙钛矿太阳能电池无贵金属背电极及空穴传输层，一步涂覆碳材料进行空穴提取并作为背电极，极大简化了电池制备过程并显著降低了生产成本。另外，本发明中的过渡金属离子掺杂采用多步液相沉积法，具有简单易行，材料组合优化空间较大的特点。优化后的全无机钙钛矿太阳能电池在无密封、湿度高达80%的条件下连续测试30天，光伏性能无明显衰减。
附图说明
图1为本发明所制备的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3及纯CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池的J-V曲线。
图2为本发明所制备的基于Zn2+离子掺杂CsPbBr3的全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
本发明所述基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：
1、将钛酸异丙酯溶解在乙醇中配置浓度为0.5 mol/L的溶液；通过溶胶-水热法制备0.1 g/mL的二氧化钛浆料（溶剂为水），配制浓度为0.04 mol/L的四氯化钛水溶液；配制浓度为1 mol/L溴化铅溶液（溴化铅溶解在DMF中），其中过渡金属离子（Mn2+、Fe2+、Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+中的一种或多种）与溴化铅的摩尔比为0.5:100，以及浓度为0.07 mol/L的溴化铯溶液（溴化铯溶解在甲醇中）；
2、将90 μL钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO导电玻璃基体上旋涂成薄膜，之后在500度下煅烧2小时制备得到致密二氧化钛层；将步骤1配制的二氧化钛浆料用移液枪吸取90 μL旋涂在致密层上，之后在450度下煅烧30分钟制备得到薄膜；将制得的薄膜浸泡在所述四氯化钛溶液中，在75度下水浴加热30分钟，之后在450度下煅烧30分钟制备得到介孔二氧化钛薄膜；
3、将步骤1制备的含有过渡金属离子的溴化铅溶液旋涂在介孔二氧化钛薄膜表面，之后在90度下加热30分钟制得二氧化钛/溴化铅薄膜；将步骤1制备的溴化铯溶液旋涂在二氧化钛/溴化铅薄膜表面，之后在250度下加热5分钟；重复此步骤7次，制备得到过渡金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
4、在步骤3制备的过渡金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层表面刮涂碳浆料，在120度下加热10分钟，组装成全无机钙钛矿太阳能电池。
所述全无机钙钛矿太阳能电池的性能试验结果如图1和2所示。通过上述方法，获得了开路电压为1.4～1.6 V、短路电流为6～7.5 mA·cm-2、填充因子为0.70～0.85、光电转换效率为6～9.5 %的基于过渡金属离子掺杂的CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池。
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 (7)
1.基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全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)、配制溶液：具体有钛酸异丙酯乙醇溶液（0.1 ~ 1 mol/L），二氧化钛浆料（0.05 ~0.1 g/mL），四氯化钛水溶液（0.01 ~ 0.05 mol/L）； 掺杂有过渡金属离子的溴化铅DMF溶液（1 ~ 2 mol/L），； 溴化铯甲醇溶液（0.05 ~ 0.1 mol/L）；
(2)、制备电子传输层：将上述配制好的钛酸异丙酯的甲醇溶液旋涂在刻蚀并清洗（水、乙醇、丙酮依次清洗2 ~ 3遍）好的FTO基底上，高温煅烧制得致密层二氧化钛；将上述配制好的二氧化钛浆料旋涂到致密二氧化钛层上，高温煅烧制得二氧化钛薄膜；将制得的二氧化钛薄膜浸泡在上述配制好的四氯化钛溶液中，在60 ~ 80度下浸泡后，用水、乙醇清洗晾干，高温煅烧制得介孔二氧化钛；
(3)、制备钙钛矿吸光层：将上述配制的掺杂有过渡金属离子的溴化铅DMF溶液旋涂在介孔二氧化钛层上，加热制得二氧化钛/溴化铅薄膜；将上述配制的溴化铯甲醇溶液旋涂在二氧化钛/溴化铅薄膜表面，加热5 ~ 10分钟，重复此步骤多次旋涂，制备得到均匀致密的过渡金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层；
(4)、刮涂对电极：在步骤(3)制备的CsPbBr3钙钛矿层表面刮涂碳浆料，组装成全无机钙钛矿太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全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)中过渡金属离子与溴化铅的摩尔比例为0.3 ~ 3:100，所述过渡金属离子为锰离子、铁离子、钴离子、镍离子、铜离子及锌离子中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全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)中制备致密二氧化钛层是在7000转/分下进行，时间为30秒；制备二氧化钛薄膜是在2000转/分下进行，时间为30秒；制备介孔二氧化钛薄膜是在60 ~ 80度下水浴锅中加热0.5 ~ 1小时，以上3步皆需要在马弗炉中400 ~ 500度下煅烧0.5 ~2小时。
4.根据权利要求1所述步骤(3)中配制的掺杂有过渡金属离子的溴化铅DMF溶液旋涂在介孔二氧化钛层上，加热制得二氧化钛/溴化铅薄膜；将配制的溴化铯甲醇溶液旋涂在二氧化钛/溴化铅薄膜表面，加热5 ~ 10分钟，重复此步骤多次旋涂，制备得到均匀致密的过渡金属离子掺杂的CsPbBr3钙钛矿层。
5.根据权利要求1 ~ 4任一一项所述的制备方法制备得到的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3全无机钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求所述基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压为1.4 ~ 1.6 V、短路电流为6 ~ 7.5mA·cm-2、填充因子为0.70 ~ 0.85、光电转换效率为6 ~ 9.5 %。
7.根据权利要求5所述的基于过渡金属离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池在作为电池组件中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910203008.0A CN110047951B (zh) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910203008.0A CN110047951B (zh) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110047951A true CN110047951A (zh) | 2019-07-23 |
| CN110047951B CN110047951B (zh) | 2021-03-02 |
Family
ID=67274901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910203008.0A Active CN110047951B (zh) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110047951B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110634965A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 陕西师范大学 | 一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN110828588A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-21 | 宁波大学科学技术学院 | 一种碳基溴化铋修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN111106207A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-05 | 宁波大学 | 一种采用溴化铯衬底制备钴掺杂钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN111146300A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-12 | 中国海洋大学 | 基于胺化合物添加CsPbBr3的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN111162140A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-15 | 中国海洋大学 | 离子液体界面修饰CsPbBr3钙钛矿太阳能电池制备方法和应用 |
| CN111269716A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-06-12 | 郑州卓而泰新材料科技有限公司 | 一种原位制备过渡金属掺杂的钙钛矿量子点薄膜的方法 |
| CN111276566A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-12 | 中国海洋大学 | 基于液相连续旋涂直接相转变法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN111403612A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-07-10 | 武汉理工大学 | 一种水系前驱体钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
| 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 |
| CN112736205A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 延安大学 | 一种甲氨基钙钛矿薄膜的制备方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107093640A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-25 | 南京理工大学 | 一种离子掺杂的CsPbI2Br薄膜、制备方法及其应用 |
| CN108321300A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-07-24 | 杭州纤纳光电科技有限公司 | 一种掺杂添加剂的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
| US20180323329A1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-11-08 | Universidad De Antioquia | Low temperature p-i-n hybrid mesoporous optoelectronic device |
| CN108878554A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 暨南大学 | 基于镧系稀土离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN108963032A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-12-07 | 暨南大学 | 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 |
-
2019
- 2019-03-18 CN CN201910203008.0A patent/CN110047951B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107093640A (zh) * | 2017-04-21 | 2017-08-25 | 南京理工大学 | 一种离子掺杂的CsPbI2Br薄膜、制备方法及其应用 |
| US20180323329A1 (en) * | 2017-05-05 | 2018-11-08 | Universidad De Antioquia | Low temperature p-i-n hybrid mesoporous optoelectronic device |
| CN108321300A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-07-24 | 杭州纤纳光电科技有限公司 | 一种掺杂添加剂的钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
| CN108878554A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-11-23 | 暨南大学 | 基于镧系稀土离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN108963032A (zh) * | 2018-06-26 | 2018-12-07 | 暨南大学 | 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 |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110634965B (zh) * | 2019-09-27 | 2021-04-20 | 陕西师范大学 | 一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN110634965A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-12-31 | 陕西师范大学 | 一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN110828588A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-21 | 宁波大学科学技术学院 | 一种碳基溴化铋修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN110828588B (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-07 | 宁波大学科学技术学院 | 一种碳基溴化铋修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
| CN111162140A (zh) * | 2019-12-19 | 2020-05-15 | 中国海洋大学 | 离子液体界面修饰CsPbBr3钙钛矿太阳能电池制备方法和应用 |
| CN111162140B (zh) * | 2019-12-19 | 2022-04-29 | 中国海洋大学 | 离子液体界面修饰CsPbBr3钙钛矿太阳能电池制备方法和应用 |
| CN111106207A (zh) * | 2019-12-26 | 2020-05-05 | 宁波大学 | 一种采用溴化铯衬底制备钴掺杂钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN111106207B (zh) * | 2019-12-26 | 2023-07-25 | 宁波大学 | 一种采用溴化铯衬底制备钴掺杂钙钛矿太阳能电池的方法 |
| CN111146300A (zh) * | 2020-01-17 | 2020-05-12 | 中国海洋大学 | 基于胺化合物添加CsPbBr3的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN111146300B (zh) * | 2020-01-17 | 2022-05-17 | 中国海洋大学 | 基于胺化合物添加CsPbBr3的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN111276566A (zh) * | 2020-01-21 | 2020-06-12 | 中国海洋大学 | 基于液相连续旋涂直接相转变法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 |
| CN111403612A (zh) * | 2020-03-23 | 2020-07-10 | 武汉理工大学 | 一种水系前驱体钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 |
| CN111269716A (zh) * | 2020-04-07 | 2020-06-12 | 郑州卓而泰新材料科技有限公司 | 一种原位制备过渡金属掺杂的钙钛矿量子点薄膜的方法 |
| 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 |
| CN112736205A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-30 | 延安大学 | 一种甲氨基钙钛矿薄膜的制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110047951B (zh) | 2021-03-02 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110047951A (zh) | 基于过渡金属离子掺杂全无机钙钛矿电池制备及其应用 | |
| CN108878554B (zh) | 基于镧系稀土离子掺杂CsPbBr3的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| CN105226187B (zh) | 薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法 | |
| CN105609643B (zh) | 一种钙钛矿型太阳能电池及制备方法 | |
| CN104362253B (zh) | 全固态钙钛矿微晶硅复合太阳电池及其制备方法 | |
| CN108550655B (zh) | 基于喷雾辅助法制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| CN107579134B (zh) | 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 | |
| CN109980092B (zh) | 一种钙钛矿量子点太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105336864A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法 | |
| CN110311012B (zh) | 基于纳米晶界面层的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108878661A (zh) | 一种碳量子点修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN106384784A (zh) | 一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN108963032A (zh) | 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 | |
| CN108039411A (zh) | 一种钙钛矿型太阳能电池及其修饰层制备方法 | |
| CN112490363B (zh) | 一种基于磁控溅射氧化锌/二氧化锡双电子传输层的钙钛矿太阳能电池制备方法 | |
| CN108470833A (zh) | 界面修饰的氧化锌纳米棒阵列作为电子传输层在制备钙钛矿太阳能电池中的应用 | |
| CN102723208A (zh) | 一维氧化锌-二氧化钛核壳结构复合纳米线阵列的制备方法 | |
| CN108899421A (zh) | 基于聚苯胺和氧化锌光活化层的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| CN106299141A (zh) | 一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池的制造方法 | |
| CN104167293A (zh) | 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法 | |
| CN108183141A (zh) | 一种新型结构的碲化镉薄膜电池及其制备方法 | |
| CN102103930A (zh) | 由微晶硅层为入射层的复合薄膜太阳电池及其制备方法 | |
| CN108878657A (zh) | 一种高效率碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN113421969A (zh) | 一种hf改性二氧化锡作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN112582552B (zh) | 二氧化锡/金属硫化物复合电子传输层的制备方法及其在钙钛矿太阳能电池中的应用 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |