CN113206158A - 基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述制备方法包括：选取导电衬底并对导电衬底进行预处理；在预处理后的导电衬底上表面旋涂氧化物胶体溶液，形成电子传输层；在电子传输层上表面旋涂钙钛矿前驱体溶液并进行退火，形成钙钛矿导电有源层；在钙钛矿导电有源层上表面旋涂碳纳米结构前驱体悬浮液并进行退火，形成界面修饰层；在界面修饰层的上表面利用丝网印刷形成界面顶电极；在界面顶电极上形成封装保护层。本发明采用碳基全无机钙钛矿结构，在保证载流子高速传递的同时，提升了器件的整体稳定性，另外掺杂了碳纳米材料进行界面修饰，进一步减缓载流子的复合，提升了电池的光伏性能。

Description

基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池及其制备 方法
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，可用于改善器件光吸收并减少载流子重组，进而全面提升器件的光伏性能。
背景技术
可再生和清洁太阳能被认为是未来取代传统化石燃料的主要能源。自1954年首次发表太阳能电池控制板报告以来，低成本、高效率的太阳能电池一直是直接将太阳能转化为电能的关键技术。如今，新兴的低成本有机-无机混合钙钛矿太阳能电池在2020年获得了25.5％的认证效率(接近晶体硅电池)，但是相对较差的器件稳定性却减缓了其商业化进程。主要原因是钙钛矿和金属电极之间的离子迁移以及苛刻条件(光，湿气和热)下有机离子的固有不稳定性。通过引入廉价、稳定和疏水的碳电极，可以抑制离子迁移和潮湿引起的降解，并且通过用无机铯离子代替有机离子，在所有无机[CsPbIxBr3-x，x＝0，1，2，3]钙钛矿太阳能电池(PSC)中，材料和器件的稳定性以及效率都得到了极大的提高。因此，基于碳的全无机PSC凭借其长期稳定性已经展现出了良好的制造应用前景。
在CsPbIxBr3-x材料中，CsPbIBr2具有适合光吸收的能带隙(～2.05eV)、优异的相稳定性、出色的耐热性(超过460℃)，并且典型碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的功率转换效率超过了11％。这种提升归因于缺陷钝化、能带排列、元素杂质掺杂，以及优化的CsPbIBr2沉积方法，例如分子间交换、光或气体辅助、前体老化、两步法等。晶界和CsPbIBr2吸收体表面的缺陷状态会引起非辐射载流子复合，缺少电子阻挡层也将导致钙钛矿/碳界面处的载流子复合更多，这会导致能量损失，进而降低开路电压或填充系数，影响器件的功率转化效率。因此，需要有更简洁有效的修饰策略来克服上述问题并改善碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的光伏性能。
目前已经有多种碳纳米结构得到了系统研究，例如富勒烯、纳米管、纳米点、纳米带、量子点和ND(nano-diamond，纳米金刚石)，其中，ND颗粒的尺寸通常为几纳米到几百纳米，在光学、电学、热学、机械学、表面结构可调性、生物相容性和化学稳定性方面的卓越性使得其可以在纳米复合材料、生物医学成像、药物递送、光能转换等领域得到广泛应用。值得一提的是，在有机、染料敏化和硅太阳能电池的光伏系统中，ND颗粒已被用作光散射材料、复合对电极、光阳极添加剂、抗反射涂层材料，此外其还可以作为施主-受主复合系统中的p型或n型半导体。然而，目前对于ND在碳基全无机钙钛矿中的应用研究缺失十分严重，国内外尚未有ND改善碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池光伏性能的相关报道。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以有效修饰CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池中的CsPbIBr2/Carbon界面，从而改善光吸收并减少载流子的重组，进一步提升碳基全无机钙钛矿太阳能电池的性能。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个方面提供了一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：
S1：选取导电衬底并对所述导电衬底进行预处理；
S2：在预处理后的导电衬底上表面旋涂氧化物胶体溶液，形成电子传输层；
S3：在所述电子传输层上表面旋涂钙钛矿前驱体溶液并进行退火，形成钙钛矿导电有源层；
S4：在所述钙钛矿导电有源层上表面旋涂碳纳米结构前驱体悬浮液并进行退火，形成界面修饰层；
S5：在所述界面修饰层的上表面利用丝网印刷形成界面顶电极；
S6：在所述界面顶电极上形成封装保护层。
在本发明的一个实施例中，所述S1包括：
S11：选取导电衬底并对所述导电衬底依次使用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，随后用高纯氮气吹干，其中，所述导电衬底由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成；
S12：对清洗后的导电衬底表面进行紫外臭氧处理，得到钙钛矿太阳电池的透明氧化物底电极。
在本发明的一个实施例中，所述电子传输层由TiO2或SnO2材料制成。
4、根据权利要求1所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S3包括：
S31：在室温条件下将CsI和PbBr2溶解于DMSO中，制备CsPbIBr2前驱体溶液；
S32：在所述电子传输层的上表面旋涂所述CsPbIBr2前驱体溶液，并用异丙醇洗涤后进行热退火，得到厚度为400-600nm的CsPbIBr2导电有源层。
在本发明的一个实施例中，所述S4包括：
S41：在室温条件下将纳米金刚石颗粒溶解在异丙醇中，形成纳米金刚石悬浮液；
S42：在所述CsPbIBr2导电有源层的上表面旋涂所述纳米金刚石悬浮液，形成纳米金刚石界面修饰层。
在本发明的一个实施例中，所述S5包括：
在所述界面修饰层的上表面利用丝网印刷工艺处理导电碳浆，并在100-120℃的温度下进行时长为10-20min的热退火，得到厚度为5-10μm的碳基界面顶电极。
在本发明的一个实施例中，所述S6包括：
在所述界面顶电极的上表面旋涂浓度为10mg/mL的PMMA的氯苯溶液，生成厚度为150-300nm的封装保护层。
本发明的另一方面提供了一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池，利用上述实施例中任一项所述的制备方法制成，所述碳基全无机钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括玻璃衬底、透明氧化物底电极、电子传输层、钙钛矿区、界面顶电极和封装保护层，其中，所述钙钛矿区包括导电有源层和设置在导电有源层上方的界面修饰层。
在本发明的一个实施例中，所述导电有源层采用的钙钛矿材料为CsPbIBr2，厚度为400-600nm。
在本发明的一个实施例中，所述界面修饰层采用颗粒尺寸小于500nm的纳米金刚石制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明的制备方法在保留碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的基础上，采用ND材料来作为界面修饰层，在不破坏原有器件的整体光伏结构的同时，利用ND材料优异的物理和化学特性，进行界面钝化和晶界处陷阱的改善，提升薄膜质量并优化层间连接；另外，本发明由于采用ND材料作为有源层掺杂材料，可以有效钝化多晶CsPbIBr2表面和增益晶界处的缺陷，并可以填充多晶CsPbIBr2的针孔，从而抑制载流子重组，加快载流子提取速度，降低电子空穴对转移过程中产生的能量损失的目的；同时ND材料还可以作为光散射材料，改善器件的光吸收和PCE(Photoelectric conversion efficiency，光电转化效率)，进一步提升碳基全无机钙钛矿太阳能电池的光伏性能。
2、本发明的制备方法由于采用稳定、疏水的碳电极，可以有效抑制离子迁移和潮湿引起的降解。
3、本发明由于采用具备带隙可调、载流子易于调控、相稳定性稳定和兼具电子、离子导电性的全无机钙钛矿作为有源层核心材料，可以实现离子的快速迁移，极大提高器件的长期稳定性和成本效益。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是一种现有钙钛矿太阳能电池的原理图；
图2是本发明实施例提供的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备过程示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
为了进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及具体实施方式，对依据本发明提出的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法进行详细说明。
有关本发明的前述及其他技术内容、特点及功效，在以下配合附图的具体实施方式详细说明中即可清楚地呈现。通过具体实施方式的说明，可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效进行更加深入且具体地了解，然而所附附图仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明的技术方案加以限制。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。
实施例一
请参见图1，图1是一种现有钙钛矿太阳能电池的原理图。太阳光入射到钙钛矿吸光层后随即被吸收，光子的能量将原来束缚在原子核周围的电子激发，使其形成自由电子。由于物质整体上必须保持电中性，电子被激发后就会同时产生一个额外的带正电的对应物，即空穴。这样的一个“电子--空穴对”称为“激子”。激子被分离成电子与空穴后，分别流向电池的阴极和阳极。带负电的自由电子经过电子传输层到玻璃基底，然后经外电路到达金属电极。带正电的空穴扩散到空穴传输层，最终也到达金属电极。在此处，空穴与电子复合，电流形成一个回路，完成电能的运输。
本实施例是基于钙钛矿太阳能电池光电转换过程，采用碳基全无机钙钛矿结构，在保证载流子高速传递的同时，提升了器件的整体稳定性；掺杂了ND(nano-diamond，纳米金刚石)材料进行界面修饰，进一步减缓载流子的复合，提升电池的光伏性能。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图。本实施例的制备方法包括：
S1：选取导电衬底并对所述导电衬底进行预处理；
具体地，选取导电衬底并对所述导电衬底依次使用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗15-20min，随后用高纯氮气吹干，其中，所述导电衬底由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成；对清洗后的导电衬底表面进行20-25min紫外臭氧处理，得到钙钛矿太阳电池的透明氧化物底电极。
S2：在预处理后的导电衬底上表面旋涂氧化物胶体溶液，形成电子传输层；
本实施例的电子传输层由TiO2或SnO2材料制成。具体地，在紫外臭氧处理后的导电玻璃表面旋涂TiO2或SnO2的前驱体溶液，并进行退火，获得厚度为50-70nm的TiO2或SnO2薄膜电子传输层。
S3：在所述电子传输层上表面旋涂钙钛矿前驱体溶液并进行退火，形成钙钛矿导电有源层；
具体地，在室温条件下将CsI和PbBr2溶解于DMSO(二甲基亚砜)中，制备CsPbIBr2前驱体溶液；在所述电子传输层的上表面旋涂所述CsPbIBr2前驱体溶液，并用异丙醇洗涤后进行热退火，得到厚度为400-600nm的CsPbIBr2导电有源层。
S4：在所述钙钛矿导电有源层上表面旋涂碳纳米结构前驱体悬浮液并进行退火，形成界面修饰层；
具体地，在室温条件下将纳米金刚石颗粒溶解在异丙醇中，形成纳米金刚石悬浮液；在所述CsPbIBr2导电有源层的上表面以旋涂所述纳米金刚石悬浮液，形成纳米金刚石界面修饰层。
S5：在所述界面修饰层的上表面利用丝网印刷形成界面顶电极；
具体地，在所述界面修饰层的上表面利用丝网印刷工艺处理导电碳浆，并在100-120℃的温度下进行时长为10-20min的热退火，得到厚度为5-10μm的碳基界面顶电极。
S6：在所述界面顶电极上形成封装保护层。
在所述界面顶电极的上表面旋涂浓度为10mg/mL的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)的氯苯溶液，生成厚度为150-300nm的PMMA封装保护层。
本实施例的制备方法在保留碳基CsPbIBr2钙钛矿太阳能电池的基础上，采用ND材料来作为界面修饰层，在不破坏原有器件的整体光伏结构的同时，利用ND材料优异的物理和化学特性，进行界面钝化和晶界处陷阱的改善，提升薄膜质量并优化层间连接；由于采用ND材料作为有源层掺杂材料，可以有效钝化多晶CsPbIBr2表面和增益晶界处的缺陷，并可以填充多晶CsPbIBr2的针孔，从而抑制载流子重组，加快载流子提取速度；同时ND材料还可以作为光散射材料，改善器件的光吸收和PCE。该制备方法由于采用稳定、疏水的碳电极，可以有效抑制离子迁移和潮湿引起的降解。本实施例由于采用具备带隙可调、载流子易于调控、相稳定性稳定和兼具电子、离子导电性的全无机钙钛矿作为有源层核心材料，可以实现离子的快速迁移，极大提高器件的长期稳定性和成本效益。
实施例二
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备过程示意图。本实施例以制作TiO2电子传输层和ND材料颗粒小于100nm的碳基全无机钙钛矿太阳电池说明本发明实施例的制备方法的过程，所述制备方法包括：
步骤1：对导电衬底进行处理
所述导电衬底由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成，对该导电衬底依次使用丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗15min，并用高纯氮气吹干；再对清洗后的导电衬底表面进行UV-ozone紫外臭氧处理20min，得到钙钛矿太阳电池的底电极，如图3a所示。
步骤2：生长电子传输层
在紫外臭氧处理后的导电衬底表面，以3500rpm的转速条件下旋涂TiO2溶胶30s，并在马弗炉中以480℃的条件进行时长为60min的热退火，获得厚度为50nm的c-TiO2电子传输层，如图3b所示。
步骤3：生长钙钛矿区
3.1)在室温条件下的手套箱中将260mg CsI和367mg PbBr2完全溶解在1mL DMSO中，制备CsPbIBr2前驱体溶液，再将尺寸小于100nm的ND颗粒溶解在异丙醇中，制备ND悬浮液。
在本实施例中，所述ND颗粒选用颗粒尺度在40-100nm之间分布的ND材料。
3.2)在电子传输层上表面，先在1500rpm的转速条件下旋涂CsPbIBr2前驱体溶液20s，然后以5000rpm的转速条件下继续旋涂CsPbIBr2前驱体溶液60s，并用异丙醇洗涤后在280℃温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为400nm的CsPbIBr2导电有源层，如图3c所示。
3.3)在导电有源层上表面，以1500rpm的转速条件旋涂ND悬浮液20s，得到ND材料界面修饰层，如图3d所示。
步骤4：生长界面顶电极
在ND材料界面修饰层上表面利用丝网印刷工艺处理导电碳浆，并在120℃的温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为5μm的碳基界面顶电极，如图3e所示。
步骤5：钙钛矿电池封装。
在界面顶电极上以2000r/min的转速条件旋涂浓度10mg/mL的PMMA的氯苯溶液60s，生成厚度为150nm的封装保护层，对器件进行封装保护，从而完成基于ND材料的碳基全无机CsPbIBr2太阳电池的制作，如图3f所示。
实施例三
本实施例以制作TiO2电子传输层和ND材料颗粒小于250nm的碳基全无机钙钛矿太阳电池说明本发明实施例的制备方法的过程，所述制备方法包括：
步骤1：对导电衬底进行处理。
所述导电衬底由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成，对该导电衬底依次使用丙酮、乙醇、去离子水进行超声清洗15min，并用高纯氮气吹干；再对清洗后的导电衬底表面进行UV-ozone紫外臭氧处理20min，得到钙钛矿太阳电池的底电极。
步骤2：生长电子传输层
在紫外臭氧处理后的导电衬底表面，在3400rpm的转速条件下旋涂TiO2溶胶30s，并在马弗炉中以480℃的温度进行时长为60min的热退火，获得厚度为55nm的c-TiO2电子传输层。
步骤3：生长钙钛矿区
3.1)在室温条件下的手套箱中将260mg CsI和367mg PbBr2完全溶解在0.9mLDMSO中，制备CsPbIBr2前驱体溶液，再将尺寸小于250nm的ND颗粒溶解在异丙醇中，制备ND悬浮液；
3.2)在电子传输层上表面，先在1500rpm的转速条件下旋涂CsPbIBr2前驱体溶液20s，然后以4900rpm的转速条件继续旋涂CsPbIBr2前驱体溶液60s，并用异丙醇洗涤后在280℃温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为450nm的CsPbIBr2导电有源层；
3.3)在导电有源层表面，以1500rpm的转速旋涂ND悬浮液20s，得到ND材料界面修饰层。
步骤4：生长界面顶电极
在ND材料界面修饰层上表面利用丝网印刷的方法处理导电碳浆，并在115℃的温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为7μm的碳基顶电极。
步骤5：钙钛矿电池封装。
在界面顶电极上以1900r/min的转速条件旋涂浓度11mg/mL的PMMA的氯苯溶液60s，生成厚度为200nm的封装保护层，对器件进行封装保护，从而完成基于ND材料的碳基全无机CsPbIBr2太阳电池的制作。
实施例四
本实施例以制作SnO2电子传输层和ND材料颗粒小于400nm的碳基全无机钙钛矿太阳电池说明本发明实施例的制备方法的过程，所述制备方法包括：
步骤1：对导电衬底进行处理
所述导电衬底由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成，对该导电衬底先依次使用丙酮、乙醇，去离子水进行超声清洗15min，并用高纯氮气吹干；再对清洗后的导电衬底表面进行UV-ozone紫外臭氧处理20min，得到钙钛矿太阳电池的底电极。
步骤2：生长电子传输层
在紫外臭氧处理后的导电衬底表面，在3000rpm的转速条件下旋涂SnO2溶胶45s，并以150℃的温度进行时长为30min的热退火，获得厚度为60nm的SnO2电子传输层。
步骤3：生长钙钛矿区
3.1)在室温条件下的手套箱中将260mg CsI和367mg PbBr2完全溶解在0.8mLDMSO中，制备CsPbIBr2前驱体溶液，再将尺寸小于400nm的ND颗粒溶解在异丙醇中制备ND悬浮液；
3.2)在电子传输层上表面，先在1500rpm的转速条件下旋涂CsPbIBr2前驱体溶液20s，然后以4800rpm的转速条件继续旋涂CsPbIBr2前驱体溶液60s，并用异丙醇洗涤后在280℃温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为500nm的CsPbIBr2导电有源层；
3.3)在导电有源层表面，以1500rpm的转速旋涂ND悬浮液20s，得到ND材料界面修饰层。
步骤4：生长界面顶电极
在ND材料界面修饰层上表面利用丝网印刷的方法处理导电碳浆，并在110℃的温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为9μm的碳基顶电极。
步骤5：钙钛矿电池封装
在界面顶电极上以1800r/min的转速条件旋涂浓度12mg/mL的PMMA的氯苯溶液60s，生成厚度为250nm的封装保护层，对器件进行封装保护，从而完成基于ND材料的碳基全无机CsPbIBr2太阳电池的制作。
实施例五
实施例4：本实施例以制作SnO2电子传输层和ND材料颗粒小于500nm的碳基全无机钙钛矿太阳电池说明本发明实施例的制备方法的过程，所述制备方法包括：
步骤1：对导电衬底进行处理
所述导电衬底，由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成，对该导电衬底先依次使用丙酮、乙醇，去离子水进行超声清洗15min，并用高纯氮气吹干；再对清洗后的导电衬底表面进行UV-ozone紫外臭氧处理20min，得到钙钛矿太阳电池的底电极。
步骤2：生长电子传输层
在紫外臭氧处理后的导电衬底表面，在2600rpm的转速条件下旋涂SnO2溶胶40s，并以150℃的条件进行时长为30min的热退火，获得厚度为70nm的SnO2电子传输层。
步骤3：生长钙钛矿区。
3.1)在室温条件下的手套箱中将260mg CsI和367mg PbBr2完全溶解在0.7mLDMSO中，制备CsPbIBr2前驱体溶液，再将尺寸小于500nm的ND颗粒溶解在异丙醇中制备ND悬浮液；
3.2)在电子传输层表面，先在1500rpm的转速条件下旋涂CsPbIBr2前驱体溶液20s，然后以4700rpm的转速条件继续旋涂CsPbIBr2前驱体溶液60s，并用异丙醇洗涤后在280℃温度下进行时长为10min的热退火，得到厚度为600nm的CsPbIBr2导电有源层；
3.3)在导电有源层表面，以1500rpm的转速条件旋涂ND悬浮液20s，得到ND材料界面修饰层。
步骤4：生长界面顶电极。
在ND材料界面修饰层上表面利用丝网印刷的方法处理导电碳浆，并在100℃的温度下进行时长为20min的热退火，得到厚度为10μm的碳基顶电极。
步骤5：钙钛矿电池封装。
在界面顶电极上以1700r/min的转速条件旋涂浓度13mg/mL的PMMA的氯苯溶液60s，生成厚度为300nm的封装保护层，对器件进行封装保护，从而完成基于ND材料的碳基全无机CsPbIBr2太阳电池的制作。
实施例六
在上述实施例的基础上，本实施例提供了一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池。请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的结构示意图，本实例的碳基全无机钙钛矿太阳能电池从下到上依次包括玻璃衬底1、透明氧化物底电极2、电子传输层3、钙钛矿区4、界面顶电极5和封装保护层6，其中，所述钙钛矿区4包括导电有源层41和设置在导电有源层41上方的界面修饰层42。
玻璃衬底1采用透光率大于80％的导电玻璃，使光可以从衬底一侧进入器件；透明氧化物底电极2采用FTO材料；电子传输层3采用厚度为50-70nm的TiO2或SnO2材料；导电有源层41采用钙钛矿材料，具体为厚度400-600nm的CsPbIBr2；界面修饰层42采用颗粒尺寸小于500nm的ND材料；界面顶电级5采用厚度为5-10μm的碳材料；封装保护层6采用厚度为150-300nm的PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯，polymethyl methacrylate)材料。
采用ND材料来作为界面修饰层，在不破坏原有器件的整体光伏结构的同时，利用ND材料优异的物理和化学特性，进行界面钝化和晶界处陷阱的改善，提升薄膜质量并优化层间连接。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
S1：选取导电衬底并对所述导电衬底进行预处理；
S2：在预处理后的导电衬底上表面旋涂氧化物胶体溶液，形成电子传输层；
S3：在所述电子传输层上表面旋涂钙钛矿前驱体溶液并进行退火，形成钙钛矿导电有源层；
S4：在所述钙钛矿导电有源层上表面旋涂碳纳米结构前驱体悬浮液并进行退火，形成界面修饰层；
S5：在所述界面修饰层的上表面利用丝网印刷形成界面顶电极；
S6：在所述界面顶电极上形成封装保护层。
2.根据权利要求1所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S1包括：
S11：选取导电衬底并对所述导电衬底依次使用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗，随后用高纯氮气吹干，其中，所述导电衬底由包括玻璃衬底和FTO透明氧化物的基片构成；
S12：对清洗后的导电衬底表面进行紫外臭氧处理，得到钙钛矿太阳电池的透明氧化物底电极。
3.根据权利要求1所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述电子传输层由TiO2或SnO2材料制成。
4.根据权利要求1所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S3包括：
S31：在室温条件下将CsI和PbBr2溶解于DMSO中，制备CsPbIBr2前驱体溶液；
S32：在所述电子传输层的上表面旋涂所述CsPbIBr2前驱体溶液，并用异丙醇洗涤后进行热退火，得到厚度为400-600nm的CsPbIBr2导电有源层。
5.根据权利要求4所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S4包括：
S41：在室温条件下将纳米金刚石颗粒溶解在异丙醇中，形成纳米金刚石悬浮液；
S42：在所述CsPbIBr2导电有源层的上表面旋涂所述纳米金刚石悬浮液，形成纳米金刚石界面修饰层。
6.根据权利要求1所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S5包括：
在所述界面修饰层的上表面利用丝网印刷工艺处理导电碳浆，并在100-120℃的温度下进行时长为10-20min的热退火，得到厚度为5-10μm的碳基界面顶电极。
7.根据权利要求1所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述S6包括：
在所述界面顶电极的上表面旋涂浓度为10mg/mL的PMMA的氯苯溶液，生成厚度为150-300nm的封装保护层。
8.一种基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，利用权利要求1至7中任一项所述的制备方法制成，所述碳基全无机钙钛矿太阳能电池自下而上依次包括玻璃衬底、透明氧化物底电极、电子传输层、钙钛矿区、界面顶电极和封装保护层，其中，所述钙钛矿区包括导电有源层和设置在导电有源层上方的界面修饰层。
9.根据权利要求8所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述导电有源层采用的钙钛矿材料为CsPbIBr2，厚度为400-600nm。
10.根据权利要求8所述的基于纳米金刚石的碳基全无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述界面修饰层采用颗粒尺寸小于500nm的纳米金刚石制成。
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