CN110676387A - 一种太阳能电池电子传输层的制备方法及其应用 - Google Patents

一种太阳能电池电子传输层的制备方法及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能电池电子传输层的制备方法及其应用，步骤包括研磨介孔二氧化锡粉末、配制量子点的甲苯溶液，介孔二氧化锡粉末分散于量子点的甲苯溶液并超声、加热搅拌，浆料经过丝网印刷后高温退火得到太阳能电池电子传输层。介孔二氧化锡粉末的尺寸为40～60nm，量子点的甲苯溶液浓度为50mg/ml～100mg/ml，介孔二氧化锡粉末分散于量子点的甲苯溶液超声12h，80℃加热搅拌4h，丝网印刷后经过400～500的高温退火。本发明方法简单、易于工业化生产，实用性强，可为人们的生活提供更高效的太阳能电池器件。

Description

一种太阳能电池电子传输层的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术材料领域，具体涉及一种太阳能电池电子传输层的制备方法及其应用。
背景技术
能源问题是人类面临的共同问题，由于化石燃料的日渐枯竭和大量化石燃料的使用造成的环境污染，已经严重威胁到人类的生存和发展。太阳能的大规模应用是解决能源问题和环境问题的关键突破口。太阳能电池电子传输层的组成和结构直接影响太阳能电池的转化效率和长期稳定性，是电池的最重要的组成部分。各种成分和结构的纳米材料在电子传输层中的应用表现，是近年来世界范围的研究热点。氧化锡作为太阳能电池电子传输层，由于导带能级较低，电子在从吸光层到氧化锡的导带转移过程中自由能损失较大，电池的开路电压较低，导致光电转化效率较低。为此，本发明提供一种二氧化锡包覆量子点的制备方法和用途的制作方法，量子点是一种半导体材料，具有强的量子尺寸效应，随着尺寸的减小，其电子结构由体材料的准连续能带结构变成类似原子的分立能级结构。量子点进行二氧化锡电子传输层改性时，由于能极差减小，电荷萃取行为增强，并且量子点有利于钝化二氧化锡表面，也会减少电子空穴复合，进一步提高器件的性能，满足人们的生活需要。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种太阳能电池电子传输层的制备方法及其应用，采用将介孔二氧化锡粉末分散于量子点的甲苯溶液中，经过超声、加热搅拌得到介孔二氧化锡包覆量子点浆料，浆料经过丝网印刷后高温退火得到太阳能电池电子传输层。
本发明为解决上述问题所提供的技术方案为：一种太阳能电池电子传输层的制备方法，所述方法包括以下步骤，
步骤1：介孔二氧化锡粉末研磨：将介孔二氧化锡粉末倒入研钵中，研磨半小时直至粉末足够分散；
步骤2：制备量子点溶液：将量子点溶于甲苯中，配制成浓度为50mg/ml～100mg/ml的量子点溶液；
步骤3：介孔二氧化锡粉末分散于量子点溶液：将3g介孔二氧化锡粉末分散于5ml量子点溶液，经过超声12h，并80℃加热搅拌4h得到太阳能电池电子传输层浆料；
步骤4：太阳能电池电子传输层的制备：将步骤3的浆料丝网印刷在电极上，经过400～500℃的高温退火，得到太阳能电池的电子传输层。
优选的，所述步骤1中介孔二氧化锡粉末的尺寸为40～60nm。
优选的，所述步骤2中甲苯溶液浓度为50mg/ml～100mg/ml。
优选的，所述步骤3中太阳能电池电子传输层为二氧化锡包覆量子点，厚度为10～15微米
一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤，
步骤a：导电玻璃清洗：分别使用去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇超声15min，用氮气吹干后放在培养皿中，经过臭氧处理20分钟后备用；
步骤b：二氧化锡包覆量子点电子传输层制备：将权利要求1中步骤3制得的太阳能电池电子传输层浆料采用丝网印刷在导电玻璃上3次，其后置于马弗炉中，经500℃退火30分钟得到二氧化锡包覆量子点电子传输层；
步骤c：吸光层的制备：取90微升0.1mmol/ml的溴化铅溶于N，N-二甲基甲酰胺的溶液在2000转、30秒的条件下旋涂在电子传输层上，其后置于80℃平板加热台下退火60min，取90微升0.07mmol/ml的溴化铯溶于无水甲醇的溶液多次在2000转、30秒的条件下旋涂在溴化铅上，直到生成CsPbBr3吸光层；
步骤d：空穴传输层的制备：取90微升20mg/ml的P3HT溶于氯苯溶液在2500转、30秒的条件下旋涂在吸光层上，其后置于120℃平板加热台下退火30min得到空穴传输层；
步骤e：正极碳电极的制备：碳电极采用丝网印刷的方式，印刷2次得到厚度5微米厚的碳电极。
与现有技术相比，本发明的优点是：本发明采用二氧化锡包覆量子点的制备方法，并应用于太阳能电池器件中。通过量子点的能级调控来减小电子传输层与吸光层的能级势垒，增强电荷萃取，同时钝化二氧化锡电子传输层表面，减小电子空穴复合，从而提升太阳能电池器件光电转化效率30％以上。本发明二氧化锡包覆量子点的制备方法，并应用于太阳能电池器件中，材料制备方法简便，易工业化生产，生产成本低，实用性强，可为人们的生活创造更高效的太阳能电池器件。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1：本发明太阳能电池的结构示意图。
图中：1、玻璃基底；2、导电玻璃；3、二氧化锡包覆量子点电子传输层；4、吸光层；5、空穴传输层；6、正极。
具体实施方式
以下将配合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。
实施例1
一种太阳能电池电子传输层的制备方法，所述方法包括以下步骤，
步骤1：介孔二氧化锡粉末研磨
将3g介孔二氧化锡粉末倒入研钵中，研磨半小时直至粉末足够分散；
步骤2：制备量子点溶液
将CdS量子点溶于甲苯中，配制5ml浓度为75mg/ml的量子点溶液；
步骤3：介孔二氧化锡粉末分散于量子点溶液
将3g介孔二氧化锡粉末分散于5ml量子点溶液，经过超声12h，并在磁力搅拌器上80℃加热搅拌4h得到太阳能电池电子传输层浆料；
步骤4：太阳能电池电子传输层的制备
将步骤3的浆料丝网印刷3次在电极上，在马弗炉中经过400～500℃的高温退火，得到太阳能电池的电子传输层。
本发明还涉及一种太阳能电池的制备方法，
一种太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤，
步骤a：导电玻璃2(也就是负极)的清洗：分别使用去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇超声15min，用氮气吹干后放在培养皿中，经过臭氧处理20分钟后备用；
步骤b：二氧化锡包覆量子点电子传输层3制备：将权利要求1中步骤3制得的太阳能电池电子传输层浆料采用丝网印刷在导电玻璃2上3次，其后置于马弗炉中，经500℃退火30分钟得到二氧化锡包覆量子点电子传输层3；
步骤c：吸光层4的制备：取90微升0.1mmol/ml的溴化铅溶于N，N-二甲基甲酰胺的溶液在2000转、30秒的条件下旋涂在电子传输层3上，其后置于80℃平板加热台下退火60min，取90微升0.07mmol/ml的溴化铯溶于无水甲醇的溶液多次在2000转、30秒的条件下旋涂在溴化铅上，直到生成CsPbBr3吸光层4；
步骤d：空穴传输层5的制备：取90微升20mg/ml的P3HT溶于氯苯溶液在2500转、30秒的条件下旋涂在吸光层4上，其后置于120℃平板加热台下退火30min得到空穴传输层5；
步骤e：正极6碳电极的制备：碳电极采用丝网印刷的方式，印刷2次得到厚度5微米厚的碳电极6。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种太阳能电池电子传输层的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
步骤1：介孔二氧化锡粉末研磨：将介孔二氧化锡粉末倒入研钵中，研磨半小时直至粉末足够分散；
步骤2：制备量子点溶液：将量子点溶于甲苯中，配制成浓度为50mg/ml～100mg/ml的量子点溶液；
步骤3：介孔二氧化锡粉末分散于量子点溶液：将3g介孔二氧化锡粉末分散于5ml量子点溶液，经过超声12h，并80℃加热搅拌4h得到太阳能电池电子传输层浆料；
步骤4：太阳能电池电子传输层的制备：将步骤3的浆料丝网印刷在电极上，经过400～500℃的高温退火，得到太阳能电池的电子传输层。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电子传输层的制备方法，其特征在于：所述步骤1中介孔二氧化锡粉末的尺寸为40～60nm。
3.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电子传输层的制备方法，其特征在于：所述步骤2中甲苯溶液浓度为50mg/ml～100mg/ml。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能电池电子传输层的制备方法，其特征在于：所述步骤3中太阳能电池电子传输层为二氧化锡包覆量子点，厚度为10～15微米。
5.一种太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤，
步骤a：导电玻璃(2)清洗：分别使用去离子水、丙酮、异丙醇、乙醇超声15min，用氮气吹干后放在培养皿中，经过臭氧处理20分钟后备用；
步骤b：二氧化锡包覆量子点电子传输层(3)制备：将权利要求1中步骤3制得的太阳能电池电子传输层浆料采用丝网印刷在导电玻璃(2)上3次，其后置于马弗炉中，经500℃退火30分钟得到二氧化锡包覆量子点电子传输层(3)；
步骤c：吸光层(4)的制备：取90微升0.1mmol/ml的溴化铅溶于N，N-二甲基甲酰胺的溶液在2000转、30秒的条件下旋涂在电子传输层(3)上，其后置于80℃平板加热台下退火60min，取90微升0.07mmol/ml的溴化铯溶于无水甲醇的溶液多次在2000转、30秒的条件下旋涂在溴化铅上，直到生成CsPbBr3吸光层(4)；
步骤d：空穴传输层(5)的制备：取90微升20mg/ml的P3HT溶于氯苯溶液在2500转、30秒的条件下旋涂在吸光层(4)上，其后置于120℃平板加热台下退火30min得到空穴传输层(5)；
步骤e：正极(6)碳电极的制备：碳电极采用丝网印刷的方式，印刷2次得到厚度5微米厚的碳电极(6)。
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