CN112614944A - 镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其包括自下而上依次设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层，所述电子传输层为镝掺杂氧化锡层。该镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池采用镝掺杂的氧化锡作为电子传输层材料，对电子传输层的截面进行优化，减少其界面缺陷，提高了电子传输层的导电性，提升钙钛矿太阳电池的效率。

Description

镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池领域。
背景技术
钙钛矿太阳能电池是由于其价格便宜，制造工艺简单以，光电转换效率高和带宽可调利于做叠层太阳能电池上电池等优点，近年来受到了很大的关注。
传统的正置钙钛矿太阳能电池一般使用氧化锡，氧化锌等金属氧化物作为其电子传输层，但是在这些金属氧化物薄膜上直接旋涂钙钛矿层，界面处会有缺陷等形成，因此效率会有所损失。因此需要一些钝化层或者修饰处理以减少缺陷态密度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法，能够减少界面缺陷从而提高电导率。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层，所述电子传输层为镝掺杂氧化锡层。
进一步地，所述钙钛矿层的A位离子选自FA、MA或Cs中的任一种或多种；B位离子选自Pb、Sn或Ge任中的任一种或多种；X位离子选自I、Br或Cl中的任一种或多种。
进一步地，所述空穴传输层选自Spiro-MeOTAD、PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、金属氧化物或氧化石墨烯中的至少一种。
进一步地，所述顶电极层为金属或有机材料。
进一步地，所述顶电极层的厚度为80～120nm；和/或，所述空穴传输层的厚度为20-50nm；和/或，所述电子传输层的厚度为20-40nm。
本申请还提供一种根据所述的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
S1、提供导电基底，对所述导电基底进行预处理；
S2、在所述导电基底上制备电子传输层，所述电子传输层为镝掺杂氧化锡层；
S3、在所述电子传输层上依次制备钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层。
进一步地，S2的具体步骤如下：
提供镝掺杂氧化锡前驱体溶液，将所述镝掺杂氧化锡前驱体溶液在所述导电基底上进行旋涂，旋涂时间30s，速度4000rpm，随后180摄氏度退火30分钟，得到所述电子传输层。
进一步地，所述镝掺杂氧化锡前驱体溶液采用以下方法制备：
取15％的纳米氧化锡分散液，用去离子水稀释为5％浓度的氧化锡分散液，并加入3mg碘化镝粉末，随后进行10分钟超声震荡。
进一步地，S1的具体步骤如下：
对所述导电基底进行清洗，首先用去离子水超声10分钟，之后分别在丙酮和无水乙醇中超声10分钟以出去杂质及附着有机物，最后再超声10分钟后用洁净氮气吹干表面，并在120℃保温10分钟后，UV照射10分钟。
进一步地，采用旋涂法制备所述钙钛矿层和空穴传输层。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法中采用镝掺杂的氧化锡作为电子传输层材料，对电子传输层的截面进行优化，减少其界面缺陷，提高了电子传输层的导电性，提升钙钛矿太阳电池的效率。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为本发明一实施例所示的掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
需要说明的是：本发明的“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等用语只是参考附图对本发明进行说明，不作为限定用语。
请参见图1，本发明一实施例所示的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，其包括自下而上依次设置的导电基底1、电子传输层2、钙钛矿层3、空穴传输层4和顶电极层5。其中，钙钛矿层3为可为任何能够充当其功能的钙钛矿材料，具体的，钙钛矿层3的A位离子选自FA、MA、Rb或Cs中的任一种或多种；B位离子选自Pb、Sn或Ge任中的任一种或多种；X位离子选自I、Br或Cl中的任一种或多种。空穴传输层4可为任何能够充当其功能的材料，主要有聚对苯撑乙烯(PPv)类、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、腙类、吡唑啉类、嚼唑类、咔唑类、丁二烯类等，具体的，选自Spiro-MeOTAD、PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、FDT、NiOx、CuSCN、Cu2O、CuOx、CuO、CuI、CoOx、CrOx、CuSCN、MoO3、VOx中的至少一种。顶电极层5为金属电极或有机材料电极。
在本实施例中，导电基底1为ITO/FTO，电子传输层2为镝掺杂氧化锡层，厚度为20-40nm。钙钛矿层3为Cs0.05FA0.81MA0.14PbI2.55Br0.45钙钛矿薄膜层，空穴传输层4为Spiro-OMeTAD材料，厚度为20-50nm。顶电极层5为金属电极，优选电极材料为Au。
本实施例的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池的制备方法如下：
a)清洗导电基底；
对FTO层进行清洗，首先用去离子水超声10分钟，之后分别在丙酮和无水乙醇中超声10分钟以出去杂质及附着有机物，最后再超声10分钟后用洁净氮气吹干表面，并在120℃保温10分钟后，UV照射10分钟。
b)制备电子传输层
取15％的纳米氧化锡分散液，用去离子水稀释为5％浓度的氧化锡分散液，并加入3mg碘化镝(DyI2)粉末，随后进行10分钟超声震荡。接着在清洗及UV处理后的ITO/FTO基底上进行旋涂，旋涂时间30s，速度4000rpm。随后在180℃退火30分钟。
c)制备钙钛矿层
分别用1.25mol/L的MAI和PbI2混合融入DMSO和GBL溶液中(体积比3:7)，按照摩尔比为1:1的比例配制钙钛矿前驱体溶液，然后将此溶液在60摄氏度600r/min 12h混合均匀。采用两步旋涂法制备钙钛矿薄膜，转速分别为1000rpm(15s)和4000rpm(25s)，在旋涂的第35s时，滴加0.3ml甲苯溶液。退火10min，得到钙钛矿吸光层。
d)制备空穴传输层
采用旋涂法将Spiro-OMeTAD溶液制备成空穴传输层，旋转速度3000r/min，旋涂时间30s，旋涂在钙钛矿层上。
e)制备顶电极层
通过真空热蒸镀的方法制备金电极。
通过电导率测量，本实施例的氧化锡钙钛矿太阳能电池薄膜电导率从2.27e-4提升至3.68e-4S/cm，进而提高了器件的光电转换效率。
综上所述：本发明的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池及其制备方法中采用镝掺杂的氧化锡作为电子传输层材料，对电子传输层的截面进行优化，减少其界面缺陷，提高了电子传输层的导电性，提升钙钛矿太阳电池的效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括自下而上依次设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层，所述电子传输层为镝掺杂氧化锡层。
2.如权利要求1所述的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层的A位离子选自FA、MA或Cs中的任一种或多种；B位离子选自Pb、Sn或Ge任中的任一种或多种；X位离子选自I、Br或Cl中的任一种或多种。
3.如权利要求1所述的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层选自Spiro-MeOTAD、PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、金属氧化物或氧化石墨烯中的至少一种。
4.如权利要求1所述的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述顶电极层为金属或有机材料。
5.如权利要求1所述的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述顶电极层的厚度为80～120nm；和/或，所述空穴传输层的厚度为20-50nm；和/或，所述电子传输层的厚度为20-40nm。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的镝掺杂氧化物钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、提供导电基底，对所述导电基底进行预处理；
S2、在所述导电基底上制备电子传输层，所述电子传输层为镝掺杂氧化锡层；
S3、在所述电子传输层上依次制备钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S2的具体步骤如下：
提供镝掺杂氧化锡前驱体溶液，将所述镝掺杂氧化锡前驱体溶液在所述导电基底上进行旋涂，旋涂时间30s，速度4000rpm，随后180摄氏度退火30分钟，得到所述电子传输层。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述镝掺杂氧化锡前驱体溶液采用以下方法制备：
取15％的纳米氧化锡分散液，用去离子水稀释为5％浓度的氧化锡分散液，并加入3mg碘化镝粉末，随后进行10分钟超声震荡。
9.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S1的具体步骤如下：
对所述导电基底进行清洗，首先用去离子水超声10分钟，之后分别在丙酮和无水乙醇中超声10分钟以出去杂质及附着有机物，最后再超声10分钟后用洁净氮气吹干表面，并在120℃保温10分钟后，UV照射10分钟。
10.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，采用旋涂法制备所述钙钛矿层和空穴传输层。
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