CN113506852A - 一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种VOx‑APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法，包括基底、空穴传输层VOx、界面修饰层APPA、钙钛矿吸收层MAPbI3、电子传输层PCBM以及金属电极Ag，所述空穴传输层VOx设置在基底的上表面，所述界面修饰层APPA设置在空穴传输层VOx的上表面，所述钙钛矿吸收层MAPbI3设置在界面修饰层APPA的上表面，所述电子传输层PCBM设置在钙钛矿吸收层MAPbI3的上表面，所述金属电极Ag设置在电子传输层PCBM的上表面；本发明提供的方法具有操作简单、成本低的优点，改善了VOx薄膜表面的形貌，同时使其与钙钛矿吸收层的能级更加匹配，得到的钙钛矿薄膜具有表面覆盖率高，没有针孔，晶粒更大的性质，且成品具有较高的光电转换效率。
Description
技术领域
本说明书一个或多个实施例涉及电池设备领域，尤其涉及一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法。
背景技术
在过去的几年里，钙钛矿太阳能电池受到了广大科研工作者的广泛热捧。钙钛矿材料之所以得到了长足的发展是由于其自身的一些物理性质：大的吸收系数、低的激子结合能、长的载流子扩散距离和长的载流子寿命等。自从2009年，Miyasaka(宫坂力)等人将钙钛矿材料用于染料敏化太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池的转换效率得到了飞速的发展。现在已验证的钙钛矿太阳能电池最高转换效率为24.2％，这一效率已接近商业化的要求。平面结构的钙钛矿太阳能电池中，每一层的制备都有低温溶液加工的潜质，这为其商业化的使用提供了保障。
现有技术中，在倒置平面结构中，最常见的空穴传输材料为PEDOT:PSS，PEDOT:PSS由于其具有一定的酸性会腐蚀与其接触的材料，大大限制了其在钙钛矿太阳能电池中的应用。氧化钒(VOx)是一个价格低廉，具有良好的热稳定性和化学稳定性的材料，Snaith(斯奈思)等人首次将溶液加工氧化钒作为空穴传输材料，用于制备钙钛矿太阳能电池，但他们使用的氧化钒需要500℃的退火过程，同时，由于钙钛矿薄膜在氧化钒表面的不完全覆盖，影响了电池的光电转换效率，综上所述，本申请现提出一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法来解决上述出现的问题。
发明内容
有鉴于此，本说明书一个或多个实施例的目的在于提出一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法，以解决背景技术中提出的问题。
基于上述目的，本说明书一个或多个实施例提供了一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池，包括基底、空穴传输层VOx、界面修饰层APPA、钙钛矿吸收层MAPbI3、电子传输层PCBM以及金属电极Ag，所述空穴传输层VOx设置在基底的上表面，所述界面修饰层APPA设置在空穴传输层VOx的上表面，所述钙钛矿吸收层MAPbI3设置在界面修饰层APPA的上表面，所述电子传输层PCBM设置在钙钛矿吸收层MAPbI3的上表面，所述金属电极Ag设置在电子传输层PCBM的上表面。
优选的，所述基底为沉积了透明导电玻璃的刚性或柔性基底。
优选的，所述钙钛矿吸收层MAPbI3为具有ABX3结构的材料。
优选的，所述电子传输层PCBM包括SnO2或PCBM、C60、ICBA等富勒烯及其衍生物。
一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，ITO导电玻璃依次经过了异丙醇、丙酮、洗液、多次去离子水、异丙醇的超声清洗，清洗后烘干；
S2，将40mg钒酸铵粉末溶解于3mL的超纯水中，在60℃的加热台上面磁力搅拌24小时，直到溶液变为淡黄色透明溶液，并将溶液过滤；
S3，将制备好的溶液通过旋转涂膜的方式涂于ITO基板上面，转速2500RPM，时间30秒；
S4，然后将涂好的薄膜立即置于加热台上210℃加热8分钟；
S5，将APPA溶解在无水甲醇中，浓度为2mg/mL，加热搅拌至溶液完全溶解，然后旋涂在制备好的VOx薄膜上面，转速2500RPM，时间30秒；
S6，通过两步法旋涂制备MAPbI3薄膜；
S7，沉积厚度20～50nm的电子传输层PCBM；以及
S8，蒸镀金属导电层Ag电极，制得钙钛矿太阳能电池。
更为优选的，所述步骤S1清洗的时间为15-25min，然后用75℃的烘箱烘干。
更为优选的，所述步骤S2、S3以及S4均在空气中操作。
更为优选的，所述步骤S2中将制备后的钒酸铵溶液用0.22μm的水相聚醚砜针式过滤头进行过滤。
从上面所述可以看出，本发明的有益效果：1、利用钒酸铵的水解反应，发展了一种纯水溶液加工VOx空穴传输层的方法，此方法具有操作简单、成本低的优点；
2、一种表面修饰的方法处理了VOx薄膜的表面，改善了VOx薄膜表面的形貌，APPA与氧化钒层发生了相互作用，降低了VOx薄膜的功函，使其与MAPbI3的能级更加匹配；
本发明使用溶液方法制备了VOx空穴传输材料，并把它用于钙钛矿太阳能电池中，利用一种表面修饰的方法处理的VOx空穴传输层，有助于生长高质量的MAPbI3薄膜，制备器件的光电转换效率也得到了提高。
附图说明
为了更清楚地说明本说明书一个或多个实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书一个或多个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的对比实验结果示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本公开进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
实施例
请参阅图1-图2，一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池，包括基底、空穴传输层VOx、界面修饰层APPA、钙钛矿吸收层MAPbI3、电子传输层PCBM以及金属电极Ag，所述空穴传输层VOx设置在基底的上表面，所述界面修饰层APPA设置在空穴传输层VOx的上表面，所述钙钛矿吸收层MAPbI3设置在界面修饰层APPA的上表面，所述电子传输层PCBM设置在钙钛矿吸收层MAPbI3的上表面，所述金属电极Ag设置在电子传输层PCBM的上表面。
作为上述方案的改进方案，所述基底为沉积了透明导电玻璃的刚性或柔性基底。
作为上述方案的改进方案，所述钙钛矿吸收层MAPbI3为具有ABX3结构的材料。
作为上述方案的改进方案，所述电子传输层PCBM包括SnO2或PCBM、C60、ICBA等富勒烯及其衍生物。
一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，ITO导电玻璃依次经过了异丙醇、丙酮、洗液、多次去离子水、异丙醇的超声清洗，清洗后烘干；
S2，将40mg钒酸铵粉末溶解于3mL的超纯水中，在60℃的加热台上面磁力搅拌24小时，直到溶液变为淡黄色透明溶液，并将溶液过滤；
S3，将制备好的溶液通过旋转涂膜的方式涂于ITO基板上面，转速2500RPM，时间30秒；
S4，然后将涂好的薄膜立即置于加热台上210℃加热8分钟；
S5，将APPA溶解在无水甲醇中，浓度为2mg/mL，加热搅拌至溶液完全溶解，然后旋涂在制备好的VOx薄膜上面，转速2500RPM，时间30秒；
S6，通过两步法旋涂制备MAPbI3薄膜；
S7，沉积厚度20～50nm的电子传输层PCBM；以及
S8，蒸镀金属导电层Ag电极，制得钙钛矿太阳能电池。
作为上述方案的改进方案，所述步骤S1清洗的时间为15-25min，然后用75℃的烘箱烘干。
作为上述方案的改进方案，所述步骤S2、S3以及S4均在空气中操作。
作为上述方案的改进方案，所述步骤S2中将制备后的钒酸铵溶液用0.22μm的水相聚醚砜针式过滤头进行过滤。
工作流程：如图2所示，使用PEDOT:PSS作为空穴传输材料的倒置平面结构钙钛矿太阳能电池，光电转换效率为10.76％；使用纯水溶液加工VOx空穴传输层，相同结构的钙钛矿太阳能电池光电转换效率为12.35％，光电转换效率得到明显的提升。
通过在纯水中制备VOx空穴传输材料的方法，该方法利用钒酸铵粉末在纯水中的水解反应，经历一个相对低温的退火过程制备了VOx空穴传输材料，具有操作简单，成本低的优点。然后，利用表面修饰的方法，使用APPA(3-氨基丙酸)对制备的氧化钒表面进行处理，处理后的氧化钒基底有助于钙钛矿薄膜的生长，制备的MAPbI3薄膜表面覆盖率高，没有针孔，晶粒更大。3-氨基丙酸会与氧化钒发生相互作用，降低了VOx薄膜的功函，同时APPA修饰VOx空穴传输层制备的器件具有更好的载流子抽取能力，而且，APPA修饰VOx空穴传输层有助于抑制器件的载流子复合过程，实现了高效倒置平面结钙钛矿太阳能电池的制备，低温制备和低廉的成本更加有利于钙钛矿太阳能电池的商业化。
本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括：
基底；
空穴传输层VOx，所述空穴传输层VOx设置在基底的上表面；
界面修饰层APPA，所述界面修饰层APPA设置在空穴传输层VOx的上表面；
钙钛矿吸收层MAPbI3，所述钙钛矿吸收层MAPbI3设置在界面修饰层APPA的上表面；
电子传输层PCBM，所述电子传输层PCBM设置在钙钛矿吸收层MAPbI3的上表面；以及
金属电极Ag，所述金属电极Ag设置在电子传输层PCBM的上表面。
2.根据权利要求1所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述基底为沉积了透明导电玻璃的刚性或柔性基底。
3.根据权利要求1所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层MAPbI3为具有ABX3结构的材料。
4.根据权利要求1所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层PCBM包括SnO2或PCBM、C60、ICBA等富勒烯及其衍生物。
5.基于以上根据权利要求1-4中任一所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，ITO导电玻璃依次经过了异丙醇、丙酮、洗液、多次去离子水、异丙醇的超声清洗，清洗后烘干；
S2，将40mg钒酸铵粉末溶解于3mL的超纯水中，在60℃的加热台上面磁力搅拌24小时，直到溶液变为淡黄色透明溶液，并将溶液过滤；
S3，将制备好的溶液通过旋转涂膜的方式涂于ITO基板上面，转速2500RPM，时间30秒；
S4，然后将涂好的薄膜立即置于加热台上210℃加热8分钟；
S5，将APPA溶解在无水甲醇中，浓度为2mg/mL，加热搅拌至溶液完全溶解，然后旋涂在制备好的VOx薄膜上面，转速2500RPM，时间30秒；
S6，通过两步法旋涂制备MAPbI3薄膜；
S7，沉积厚度20～50nm的电子传输层PCBM；以及
S8，蒸镀金属导电层Ag电极，制得钙钛矿太阳能电池。
6.根据权利要求5所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S1清洗的时间为15-25min，然后用75℃的烘箱烘干。
7.根据权利要求5所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2、S3以及S4均在空气中操作。
8.根据权利要求5所述的一种VOx-APPA为空穴传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中将制备后的钒酸铵溶液用0.22μm的水相聚醚砜针式过滤头进行过滤。
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