CN112331740B - 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 - Google Patents
旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112331740B CN112331740B CN202011163942.3A CN202011163942A CN112331740B CN 112331740 B CN112331740 B CN 112331740B CN 202011163942 A CN202011163942 A CN 202011163942A CN 112331740 B CN112331740 B CN 112331740B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- inorganic perovskite
- evaporation
- pbbr
- solar cell
- 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.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 title claims abstract description 38
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M caesium bromide Chemical compound [Br-].[Cs+] LYQFWZFBNBDLEO-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 68
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract description 48
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 41
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 39
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 24
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 18
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 16
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N SnO2 Inorganic materials O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 15
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 230000004048 modification Effects 0.000 claims description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 claims description 9
- TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N (1,10,13-trimethyl-3-oxo-4,5,6,7,8,9,11,12,14,15,16,17-dodecahydrocyclopenta[a]phenanthren-17-yl) heptanoate Chemical compound C1CC2CC(=O)C=C(C)C2(C)C2C1C1CCC(OC(=O)CCCCCC)C1(C)CC2 TXUICONDJPYNPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 229910021626 Tin(II) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 8
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 8
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical group [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims description 8
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 claims description 8
- 235000011150 stannous chloride Nutrition 0.000 claims description 8
- 239000001119 stannous chloride Substances 0.000 claims description 8
- 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 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 3
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 claims description 3
- -1 (4-phenyl) (2,4, 6-trimethylphenyl) Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910021627 Tin(IV) chloride Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 claims description 2
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 2
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 2
- HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J tin(iv) chloride Chemical compound Cl[Sn](Cl)(Cl)Cl HPGGPRDJHPYFRM-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 17
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 9
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 abstract description 3
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 3
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 7
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 2
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000013329 compounding Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910001507 metal halide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000005309 metal halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 239000002798 polar solvent Substances 0.000 description 1
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
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
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/1876—Particular processes or apparatus for batch treatment of the devices
-
- 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
-
- 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)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种旋涂‑蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，属于能量转化技术领域。太阳能电池的光吸收层为CsPbBr3无机钙钛矿层，其通过先旋涂PbBr2再蒸发CsBr的方法制备，具体为：先将CsBr加热升华成蒸气，该蒸气遇到PbBr2层后在PbBr2表面形成CsBr，并进行退火处理，PbBr2和CsBr相互扩散形成CsPbBr3无机钙钛矿层。本发明采用旋涂‑蒸发两步法制备的全无机钙钛矿作为光吸收层，解决了CsBr溶解度低的问题，并且避免了有毒溶剂甲醇的使用，并使得PbBr2和CsBr可以充分反应得到纯度更高的CsPbBr3无机钙钛矿层，无机钙钛矿具有更高的湿度和热稳定性，使得电池的制备能够在空气中制备，降低了对于生产设备的要求，有利于电池的大规模生产，且制备的电池稳定性好，电池性能衰减较慢。
Description
技术领域
本发明属于能量转化技术领域，更具体地，涉及一种旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。
背景技术
太阳能作为一种清洁、环保、廉价、储量丰富的可再生能源，受到人们越来越多的关注。在光热转换、光电转换和光化学转换等太阳能利用方式中，光电转换具有永久性、清洁性、灵活性等特点，为太阳能的大规模利用和存储提供了可能。太阳能光电转换的基本装置是太阳能电池，经过多年的发展，各类太阳能电池都取得了长足的进步。目前，技术上比较成熟的是硅基太阳能电池，其中单晶硅基电池的实验室最高效率可达到24.7％，但硅基电池存在制作成本高、生产过程能耗大、环境污染严重、成本回收时间长等问题，限制了其推广应用。而第二代薄膜太阳能电池技术由于比硅基电池更能容忍较高的缺陷密度而得到了迅猛的发展，但其大规模应用也受制于制造成本高、环境污染严重、稀缺元素不可持续发展等问题。近年来，以染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池为代表的第三代太阳能电池，以成本低廉、原料丰富等优势受到业界关注，发展迅速，其光电转换效率最高已经超过13％，可以和非晶硅基电池相媲美，但仍存在稳定性差、机理复杂、难以大规模生产等诸多问题。
2009年，日本Miyasaka等人在研究敏化太阳电池的过程中，首次使用具有钙钛矿结构的有机金属卤化物CH3NH3PbBr3和CH3NH3PbI3作为敏化剂，拉开了钙钛矿太阳电池研究的序幕。钙钛矿太阳电池自2013年开始迅猛发展。Gratzel等人首次采用两步沉积方法制备钙钛矿薄膜，电池效率达到15％。随后Snaith等采用共蒸发方法制备钙钛矿薄膜，形成了一种全新的平面异质结电池，效率达到15.4％。引起了全世界的瞩目。同样是在2013年，Yang等采用溶液法和蒸发法相结合的方法制备钙钛矿薄膜，所得电池效率为12.1％。2014年初，韩国的KRICT研究所已经将钙钛矿电池的转换效率提升到17.9％。到5月份，Yang等更是通过掺Y修饰TiO2层，将转换效率提升到19.3％。从2009年到2018年的短短5年的时间，钙钛矿太阳电池技术取得了突飞猛进的进展，光电转换效率便从3.8％跃升至19.3％，能量转换效率已经超过了染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池。钙钛矿太阳能电池具有光明的应用前景和巨大的竞争潜力。
虽然钙钛矿电池拥有极具竞争力的转换效率，但其稳定性方面的不足仍制约其商业化发展。相比有机-无机杂化钙钛矿，全无机钙钛矿拥有更有益的稳定性，但其仍面临诸多问题，制约其进一步的发展。一方面全无机钙钛矿的容忍因子相对比较低，因此立方结构的a相在空气中难以稳定存在，极易发生相变形成非光敏性的非光伏相，使得器件性能严重恶化。另一方面，典型的全无机钙钛矿如aCsPbI3的带隙是1.73eV，对应可见光吸收截止只到700nm左右，光谱利用范围的限制导致器件的光电流相对于杂化钙钛矿偏低，进而影响到光电转换效率的提高。此外，利用常见的溶液法制备全无机钙钛矿时，由于前驱液成膜过程中过快的液相反应不易控制以及极性溶剂的强键合能力，容易出现溶质团聚现象，常导致形成的钙钛矿薄膜出现不均匀多孔洞现象，而这些孔洞处的界面、晶界等缺陷会作为电荷散射和复合的中心，最终影响到器件的电荷输运和光电性能。由团聚现象导致晶体表面和晶界处产生的缺陷态，会减小电荷载流子的扩散长度从而降低器件的光电流输出。旋涂-浸泡法制备出的无基钙钛矿薄膜覆盖率低容易出现孔洞，造成短路。两步蒸发法制备的无机钙钛矿不及溶液法制备的效率高。多步旋涂法制备的电池性能高，但是工艺复杂，需要多步旋涂退火工艺，旋涂所使用的的甲醇溶液对人体有害。
发明内容
本发明采用旋涂-蒸发两步法制备的全无机钙钛矿作为光吸收层，光吸收层为CsPbBr3无机钙钛矿层，其通过先旋涂PbBr2再蒸发CsBr的方法制备，解决了CsBr溶解度低的问题，并且避免了有毒溶剂甲醇的使用，并使得PbBr2和CsBr可以充分反应得到纯度更高的CsPbBr3无机钙钛矿层，无机钙钛矿具有更高的湿度和热稳定性，使得电池的制备能够在空气中制备，降低了对于生产设备的要求，有利于电池的大规模生产，且制备的电池稳定性好，电池性能衰减较慢。
根据本发明的目的，提供了一种旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
(1)在导电基底上制备光阳极层；
(2)在步骤(1)所制备的光阳极层上旋涂PbBr2溶液，并进行退火处理以蒸干溶剂，形成PbBr2层；再通过蒸镀的方法在PbBr2层上蒸镀CsBr，并进行退火处理，PbBr2和CsBr相互扩散形成CsPbBr3无机钙钛矿层；
(3)在步骤(2)所形成的CsPbBr3无机钙钛矿层上制备空穴传输层；
(4)在步骤(3)所制备的空穴传输层上印刷导电碳浆料，制备碳对电极层，烘干后即得到无机钙钛矿太阳能电池。
优选地，步骤(2)所述通过蒸镀的方法在PbBr2层上蒸镀CsBr具体为：先将CsBr加热升华成蒸气，该蒸气遇到PbBr2层后在PbBr2表面形成CsBr。
优选地，步骤(2)中对PbBr2溶液进行退火的温度为70℃-90℃，蒸镀CsBr后进行退火的温度为200℃-350℃。
优选地，所述CsPbBr3无机钙钛矿层的厚度为300-400nm。
优选地，步骤(1)所述制备光阳极层具体为：旋涂钛酸异丙酯溶液，并在400℃-500℃条件下进行退火处理，形成光阳极的TiO2层；在该TiO2层上旋涂氯化亚锡或氯化锡溶液，并在180℃-200℃条件下进行退火处理，形成TiO2和SnO2双层结构光阳极；所述TiO2和SnO2双层结构光阳极的TiO2层厚度为10-30nm，SnO2层厚度为10-30nm。
优选地，步骤(3)所述制备空穴传输层具体为：在CsPbBr3无机钙钛矿层上蒸镀酞菁铜或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]，形成空穴传输层；所述空穴传输层厚度为20-30nm。
优选地，步骤(4)中导电碳浆料通过丝网印刷成膜铺设在空穴传输层上。
优选地，所述碳对电极层的厚度为10-100μm。
优选地，所述导电基底为柔性基底；
优选地，所述导电基底为镀有掺氟氧化锡或掺锡氧化铟的玻璃基底。
优选地，步骤(1)中在制备光阳极层之前，还包括对导电基底进行预处理的步骤，具体为：分别用丙酮和乙醇超声清洗15-20min，以去除导电基底表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理30-40min进行表面改性，使得导电基底表面的羟基增加而增强亲水性。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
(1)本发明采用蒸镀的方法沉积CsBr薄膜，避免了有毒溶剂的使用，解决了CsBr溶解度低的问题。
(2)本发明使得PbBr2和CsBr可以充分反应得到纯度更高的CsPbBr3无机钙钛矿层，使得电池的制备能够在空气中制备，降低了对于生产设备的要求，有利于电池的大规模生产，且制备的电池稳定性好，电池性能衰减较慢。
(3)本发明相比于传统工艺，既保证了太阳能电池的高效率，有大大简化了工艺步骤，降低了工艺成本。
(4)本发明相对于旋涂-浸泡法制备出的无基钙钛矿薄膜覆盖率低容易出现孔洞，造成短路，本发明中采用的旋涂-蒸发两步法使得制备的CsPbBr3无机钙钛矿层均匀分布。
(5)本发明中制备的电池的性能与CsPbBr3层的退火温度有很大关系，随着退火温度的增高，钙钛矿层结晶度提高，器件电压和电流都有显著提升，最终得到7.2％的最高效率。
附图说明
图1为本发明中基于旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池器件示意图。
图2本发明中基于旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池制备过程示意图。
图3为不同CsBr退火温度对应的电池曲线。
图4为不同CsBr退火温度对应的IPCE曲线。
图5为电池输出稳定性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1
步骤1：将切割好的镀有掺氟氧化锡FTO的玻璃基底，分别用丙酮和乙醇超声清洗15分钟，去除表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理30分钟进行表面改性；
步骤2：在导电基底上旋涂钛酸异丙酯的乙醇溶液，然后500℃退火一个小时；
步骤3：在步骤2所制备的TiO2表面旋涂氯化亚锡的乙醇溶液，之后200℃退火一个小时；
步骤4：在步骤3所制备的TiO2/SnO2双层结构光阳极上旋涂PbBr2的DMF溶液，然后90℃退火30分钟；
步骤5：在步骤4所制备的PbBr2上蒸镀CsBr，厚度为400nm，之后200℃退火5min；
步骤6：在步骤5所制备的无极钙钛矿上蒸镀酞菁铜，厚度为20nm；
步骤7：在步骤6所制备的空穴传输层上通过丝网印刷，印刷100μm厚的导电碳浆，并在90℃下退火20min，从而得到太阳能电池。图1为本发明中基于旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池器件示意图。图2为本发明中基于旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池器件示意图。
实施例2
步骤1：将切割好的镀有FTO的玻璃基底，分别用丙酮和乙醇超声清洗16分钟，去除表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理32分钟进行表面改性；
步骤2：在导电基底上旋涂钛酸异丙酯的乙醇溶液，然后400℃退火一个小时；
步骤3：在步骤2所制备的TiO2表面旋涂氯化亚锡的乙醇溶液，之后180℃退火一个小时；
步骤4：在步骤3所制备的TiO2/SnO2双层结构光阳极上旋涂PbBr2的DMF溶液，然后80℃退火30分钟；
步骤5：在步骤4所制备的PbBr2上蒸镀CsBr，厚度为450nm，之后250℃退火5min；
步骤6：在步骤5所制备的无极钙钛矿上蒸镀酞菁铜，厚度为22nm；
步骤7：在步骤6所制备的空穴传输层上通过丝网印刷，印刷100μm厚的导电碳浆，并在90℃下退火20min，从而得到太阳能电池。
实施例3
步骤1：将切割好的镀有FTO的玻璃基底，分别用丙酮和乙醇超声清洗17分钟，去除表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理35分钟进行表面改性；
步骤2：在导电基底上旋涂钛酸异丙酯的乙醇溶液，然后420℃退火一个小时；
步骤3：在步骤2所制备的TiO2表面旋涂氯化亚锡的乙醇溶液，之后185℃退火一个小时；
步骤4：在步骤3所制备的TiO2/SnO2双层结构光阳极上旋涂PbBr2的DMF溶液，然后70℃退火30分钟；
步骤5：在步骤4所制备的PbBr2上蒸镀CsBr，厚度为470nm，之后280℃退火5min；
步骤6：在步骤5所制备的无极钙钛矿上蒸镀酞菁铜，厚度为24nm；
步骤7：在步骤6所制备的空穴传输层上通过丝网印刷，印刷100μm厚的导电碳浆，并在90℃下退火20min，从而得到太阳能电池。
实施例4
步骤1：将切割好的镀有FTO的玻璃基底，分别用丙酮和乙醇超声清洗18分钟，去除表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理37分钟进行表面改性；
步骤2：在导电基底上旋涂钛酸异丙酯的乙醇溶液，然后450℃退火一个小时；
步骤3：在步骤2所制备的TiO2表面旋涂氯化亚锡的乙醇溶液，之后190℃退火一个小时；
步骤4：在步骤3所制备的TiO2/SnO2双层结构光阳极上旋涂PbBr2的DMF溶液，然后75℃退火30分钟；
步骤5：在步骤4所制备的PbBr2上蒸镀CsBr，厚度为500nm，之后300℃退火5min；
步骤6：在步骤5所制备的无极钙钛矿上蒸镀酞菁铜，厚度为30nm；
步骤7：在步骤6所制备的空穴传输层上通过丝网印刷，印刷100μm厚的导电碳浆，并在90℃下退火20min，从而得到太阳能电池。
实施例5
步骤1：将切割好的镀有FTO的玻璃基底，分别用丙酮和乙醇超声清洗20分钟，去除表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理39分钟进行表面改性；
步骤2：在导电基底上旋涂钛酸异丙酯的乙醇溶液，然后460℃退火一个小时；
步骤3：在步骤2所制备的TiO2表面旋涂氯化亚锡的乙醇溶液，之后195℃退火一个小时；
步骤4：在步骤3所制备的TiO2/SnO2双层结构光阳极上旋涂PbBr2的DMF溶液，然后85℃退火30分钟；
步骤5：在步骤4所制备的PbBr2上蒸镀CsBr，厚度为550nm，之后320℃退火5min；
步骤6：在步骤5所制备的无极钙钛矿上蒸镀酞菁铜，厚度为26nm；
步骤7：在步骤6所制备的空穴传输层上通过丝网印刷，印刷100μm厚的导电碳浆，并在90℃下退火20min，从而得到太阳能电池。
实施例6
步骤1：将切割好的镀有FTO的玻璃基底，分别用丙酮和乙醇超声清洗20分钟，去除表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理40分钟进行表面改性；
步骤2：在导电基底上旋涂钛酸异丙酯的乙醇溶液，然后480℃退火一个小时；
步骤3：在步骤2所制备的TiO2表面旋涂氯化亚锡的乙醇溶液，之后197℃退火一个小时；
步骤4：在步骤3所制备的TiO2/SnO2双层结构光阳极上旋涂PbBr2的DMF溶液，然后88℃退火30分钟；
步骤5：在步骤4所制备的PbBr2上蒸镀CsBr，厚度为600nm，之后350℃退火5min；
步骤6：在步骤5所制备的无极钙钛矿上蒸镀酞菁铜，厚度为30nm；
步骤7：在步骤6所制备的空穴传输层上通过丝网印刷，印刷100μm厚的导电碳浆，并在90℃下退火20min，从而得到太阳能电池。
表1为不同CsBr退火温度对电池性能的影响，由表1可知，随着退火温度的升高，器件的电流明显增大，填充因子基本不变，电池的光电转换效率在350℃达到7.2％的最大值。
表1不同CsBr退火温度对电池性能的影响
对制备得到的无机钙钛矿太阳能电池器件进行性能测试，图3为实施例1、2、4和6中不同CsBr退火温度对应的电池曲线。由图3可知，随着退火温度的增高，器件的电流和电压都明显增大，填充因子基本不变，器件的性能在350℃时达到7.2％的最大值。图4为实施例1、2、4和6中不同CsBr退火温度对应的IPCE曲线。由图4可知，随着退火温度的提高，器件的IPCE转换率不断增高，在350℃处达到最大。图5为电池输出稳定性。由图5可知，器件在连续工作12000秒后，仍能保持较好的性能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种旋涂-蒸发两步法的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)在导电基底上制备光阳极层；
(2)在步骤(1)所制备的光阳极层上旋涂PbBr2溶液，并进行退火处理以蒸干溶剂，形成PbBr2层；再通过蒸镀的方法在PbBr2层上蒸镀CsBr，并进行退火处理，PbBr2和CsBr相互扩散形成CsPbBr3无机钙钛矿层；
所述通过蒸镀的方法在PbBr2层上蒸镀CsBr具体为：先将CsBr加热升华成蒸气，该蒸气遇到PbBr2层后在PbBr2表面形成CsBr；
(3)在步骤(2)所形成的CsPbBr3无机钙钛矿层上制备空穴传输层；
(4)在步骤(3)所制备的空穴传输层上印刷导电碳浆料，制备碳对电极层，烘干后即得到无机钙钛矿太阳能电池。
2.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中对PbBr2溶液进行退火的温度为70℃-90℃，蒸镀CsBr后进行退火的温度为200℃-350℃。
3.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述CsPbBr3无机钙钛矿层的厚度为300-400nm。
4.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述制备光阳极层具体为：旋涂钛酸异丙酯溶液，并在400℃-500℃条件下进行退火处理，形成光阳极的TiO2层；在该TiO2层上旋涂氯化亚锡或氯化锡溶液，并在180℃-200℃条件下进行退火处理，形成TiO2和SnO2双层结构光阳极；所述TiO2和SnO2双层结构光阳极的TiO2层厚度为10-30nm，SnO2层厚度为10-30nm。
5.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述制备空穴传输层具体为：在CsPbBr3无机钙钛矿层上蒸镀酞菁铜或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]，形成空穴传输层；所述空穴传输层厚度为20-30nm。
6.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(4)中导电碳浆料通过丝网印刷成膜铺设在空穴传输层上。
7.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述碳对电极层的厚度为10-100μm。
8.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述导电基底为柔性基底。
9.如权利要求8所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述导电基底为镀有掺氟氧化锡或掺锡氧化铟的玻璃基底。
10.如权利要求1所述的旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中在制备光阳极层之前，还包括对导电基底进行预处理的步骤，具体为：分别用丙酮和乙醇超声清洗15-20min，以去除导电基底表面的有机物，然后用去离子水洗净，最后放入紫外臭氧清洗机中处理30-40min进行表面改性，使得导电基底表面的羟基增加而增强亲水性。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011163942.3A CN112331740B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011163942.3A CN112331740B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112331740A CN112331740A (zh) | 2021-02-05 |
| CN112331740B true CN112331740B (zh) | 2022-06-14 |
Family
ID=74296812
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011163942.3A Active CN112331740B (zh) | 2020-10-27 | 2020-10-27 | 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112331740B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113066895A (zh) * | 2021-03-05 | 2021-07-02 | 兰州大学 | 一种CsPbBr3钙钛矿太阳能电池的制备方法 |
| CN113284980A (zh) * | 2021-05-13 | 2021-08-20 | 中山艾尚智同信息科技有限公司 | 一种全无机钙钛矿太阳能电池的缺陷消除方法 |
| CN114583011A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-06-03 | 江西沃格光电股份有限公司 | 一种基于全无机材料的钙钛矿太阳能电池的制作方法 |
| CN114540771B (zh) * | 2022-03-04 | 2022-12-20 | 浙江大学 | 一种纯无机铅卤钙钛矿吸收层及其制备方法和应用 |
| CN114772943B (zh) * | 2022-04-13 | 2023-07-25 | 滨州裕能化工有限公司 | 一种Cs2TiBr6无铅双钙钛矿薄膜及太阳能电池的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109273612A (zh) * | 2018-11-10 | 2019-01-25 | 济南大学 | CsPbBr3钙钛矿电池的连续气相沉积制备方法 |
| CN110690302B (zh) * | 2019-08-19 | 2021-08-17 | 五邑大学 | 一种CsPbBr3薄膜及其制备方法和一种器件 |
| CN111403539A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-07-10 | 华中科技大学 | 一种全无机钙钛矿光电探测器及其制备方法 |
-
2020
- 2020-10-27 CN CN202011163942.3A patent/CN112331740B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112331740A (zh) | 2021-02-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112331740B (zh) | 旋涂-蒸发两步法的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| EP3172776B9 (en) | Mesoscopic framework for organic-inorganic perovskite based photoelectric conversion device and method for manufacturing the same | |
| CN104134711B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池的制备方法 | |
| CN105609641B (zh) | 一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法 | |
| CN110246967B (zh) | 一种低温制备柔性钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN105789444A (zh) | 一种基于真空蒸发镀膜法的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| KR20140003998A (ko) | 페로브스카이트 기반 메조다공 박막 태양전지 제조 기술 | |
| CN110335945B (zh) | 一种双电子传输层无机钙钛矿太阳能电池及其制法和应用 | |
| CN106917064A (zh) | 单步原位闪蒸法生长abx3型钙钛矿薄膜的制备方法 | |
| CN106384784A (zh) | 一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN109103280B (zh) | 全无机钙钛矿铁电纤维复合结构的太阳能电池及制备方法 | |
| CN115020596A (zh) | 一种双层电子传输层及其钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用 | |
| Chan et al. | High-performance perovskite solar cells based on low-temperature processed electron extraction layer | |
| KR101794988B1 (ko) | 페로브스카이트 광흡수층 제조방법 및 이를 적용한 태양전지 제조방법 | |
| CN114678472A (zh) | 一种FAPbI3钙钛矿薄膜及其高效的钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN108832001B (zh) | 一种无铅钙钛矿太阳能电池器件及其制备方法 | |
| CN110600617B (zh) | 一种以氯化铵改性氧化锌作为电子传输材料的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN111403606A (zh) | 一种掺杂番茄红素的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| WO2020077710A1 (zh) | 一种聚合物-金属螯合物阴极界面材料及其应用 | |
| CN107331779B (zh) | 一种柔性钙钛矿太阳能电池用纳米颗粒薄膜及其制备方法及一种柔性钙钛矿太阳能电池 | |
| CN116056469A (zh) | 基于离子液体界面修饰的钙钛矿太阳能电池 | |
| CN105470338A (zh) | 一种柔性叠层太阳电池及制备方法 | |
| CN115425148A (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池及制备方法 | |
| CN115172609A (zh) | 钙钛矿光敏层及其制备用组合物、制备方法和应用 | |
| CN115000237A (zh) | 一种全透明钙钛矿太阳能电池及其制作方法 |
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 |