CN113764540B - 具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法及结构，本制备方法包括：对第一FTO衬底预处理得到第二FTO衬底；在第二FTO衬底的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层；在TiO2电子传输层的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层；在PbBr2层的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层；在PMMA超薄隔阻层的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底；对第一基底进行加热得到第二基底；在第二基底的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底；在第三基底的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极，以制备具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池。本太阳能电池中的CsPbBr3层和CsPbBrCl2层具有不同的禁带宽度，可提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，极大的抑制了光生载流子间的复合，有利于载流子的提取和传输。
Description
技术领域
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法及结构。
背景技术
钙钛矿太阳能电池利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。有机金属卤化物钙钛矿的优点显著，具有带隙可调、载流子扩散长度长、迁移率高、缺陷密度低等诸多优异的光、电学性质，这使得钙钛矿太阳能电池具有同硅基太阳能电池相当的效率，此外由于其光电转换效率高、制备工艺简单且成本低廉等潜在优势，使其成为了近年来光电器件研究领域的热点。
目前，由于有机-无机杂化铅卤钙钛矿包含有易挥发、亲水性的有机阳离子组份，使得它们在高温、高湿或者持续光照条件下易于分解而退化。因此，在高温、高湿或者持续光照等极端条件下，有机-无机杂化铅卤钙钛矿太阳能电池在可靠性差的问题难以避免，另一方面，大多数钙钛矿光伏器件包含有机的电荷传输层和金属电极，前者自身就有稳定性差的问题。加之，器件金属电极中的原子倾向于扩散至有机-无机杂化铅卤钙钛矿薄膜/电荷传输层界面，与薄膜中的卤素发生化学反应，进一步加剧了器件的衰退。
然而，碳基CsPbBr3-xClx无机钙钛矿太阳能电池完全避免了使用稳定性较差的有机-无机杂化铅卤钙钛矿材料、有机电荷传输材料以及金属电极，因而成为克服钙钛矿光伏器件所面临的可靠性问题的重要途径之一，同时，由于采用了廉价的碳电极取代了金属电极和有机电荷传输层，器件的制造成本得到了进一步的降低。碳基CsPbBr3-xClx无机钙钛矿光活性层通常采用一步溶液旋涂法或两步旋涂法来制备，但是，单层的光活性层对光谱利用范围有限，限制了器件的光电转换效率，光生电流随之减小，光活性层与碳电极的界面能级不匹配，界面处形成较多的缺陷，使得载流子的提取和传输受限，极易导致光生载流子的复合，较多的缺陷还也会一定程度上影响钙钛矿对于水和氧的稳定性，使得其性能发生严重的退化。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法及结构。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明的一个实施例提供了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，包括：
对第一FTO衬底进行预处理得到第二FTO衬底；
在所述第二FTO衬底的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层；
在所述TiO2电子传输层的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层；
在所述PbBr2层的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层；
在所述PMMA超薄隔阻层的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底，所述第一基底由从下到上依次层叠的所述第二FTO衬底、所述TiO2电子传输层、所述PbBr2层、所述PMMA超薄隔阻层和PbCl2层组成；
对所述第一基底进行加热得到第二基底，所述第二基底由从下到上依次层叠的所述第二FTO衬底、所述TiO2电子传输层、所述PbBr2层和所述PbCl2层组成；
在所述第二基底的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底，所述第三基底由从下到上依次层叠的所述第二FTO衬底、所述TiO2电子传输层、CsPbBr3层和CsPbBrCl2层组成；
在所述第三基底的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极，以制备具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池。
在本发明的一个实施例中，在所述第二FTO衬底的剩余部分的上表面设置有阴电极。
在本发明的一个实施例中，对所述第一基底进行加热得到第二基底，包括：
对所述第一基底进行加热使所述PMMA超薄隔阻层遇热分解蒸发，以制备所述第二基底。
在本发明的一个实施例中，利用高温热台对所述第一基底进行加热，所述高温热台的温度为280℃～300℃。
在本发明的一个实施例中，在所述第二基底的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底，包括：
在所述第二基底的上表面旋涂CsBr溶液，使所述PbBr2层和所述CsBr溶液反应得到所述CsPbBr3层，所述PbCl2层和所述CsBr溶液反应得到所述CsPbBrCl2层，以制备所述第三基底。
在本发明的一个实施例中，所述CsPbBr3层的厚度范围为300～350nm。
在本发明的一个实施例中，所述CsPbBrCl2层的厚度范围为50～150nm。
在本发明的一个实施例中，所述CsBr溶液的旋涂剂量为80～150μL。
本发明的一个实施例提供了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构，包括：
第二FTO衬底；
TiO2电子传输层，设置于所述第二FTO衬底的上表面；
CsPbBr3层，设置于所述TiO2电子传输层的上表面；
CsPbBrCl2层，设置于所述CsPbBr3层的上表面；
阳极碳电极，设置于所述CsPbBrCl2层的上表面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本申请公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法及结构，本制备方法制备的太阳能电池包括第二FTO衬底、TiO2电子传输层、CsPbBr3层、CsPbBrCl2层和阳极碳电极，在TiO2电子传输层的上表面依次生成PbBr2层、PMMA超薄隔阻层和PbCl2层，然后对形成的FTO/TiO2/PbBr2/PMMA/PbCl2基底进行加热后旋涂CsBr溶液，最终得到第三基底，第三基底中的CsPbBr3层和CsPbBrCl2层为双层钙钛矿光活性层，具有不同的禁带宽度，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，进而增加光生电流，促进光活性层与阳极碳电极界面的能级匹配度。同时，CsPbBrCl2层的材料具有钝化界面缺陷的作用，极大的抑制了光生载流子间的复合；CsPbBrCl2层的带隙较宽，有利于载流子的提取和传输；CsPbBrCl2层的材料在室温环境下具有较好的稳定性，可以减少环境中水氧侵蚀对钙钛矿太阳能电池的影响，提升了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法流程图；
图2a～图2i为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备过程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
需要说明的是，本实施例中提到的“上”“下”“左”“右”为该双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构处于图示状态时的位置关系，“长”为该双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构处于图示状态时的横向尺寸，“深”为该双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构处于图示状态时的纵向尺寸。
实施例一
请参见图1和图2a～图2i，图1为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法流程图，图2a～图2i为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备过程示意图。本实施例公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，包括：
步骤1、对第一FTO衬底1进行预处理得到第二FTO衬底2。
具体地，将第一FTO衬底1依次放入Decon-90水溶液、去离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为15～20min。然后将超声清洗完成的第一FTO衬底1放入UV-zone中进行UV-O3处理得到第二FTO衬底2，UV-O3处理时间为15～30min。
步骤2、在第二FTO衬底2的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层3。
具体地，利用匀胶机将80μL的TiO2溶液旋涂在第二FTO衬底2的部分上表面，匀胶机的转速为3000rpm，用时30s，然后置于500℃的马弗炉以空气氛围退火1h。匀胶机的型号例如可以为TP200。
步骤3、在TiO2电子传输层3的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层4。
具体地，已制备完成的第二FTO衬底2和TiO2电子传输层3组成FTO/TiO2基底，将FTO/TiO2基底置于手套箱N2环境中，使用匀胶机将85μL的PbBr2溶液旋涂于FTO/TiO2基底的上表面，PbBr2溶液的浓度为367mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s，然后将旋涂PbBr2溶液的FTO/TiO2基底放置于90℃热台上进行退火30min得到PbBr2层4。
PbBr2溶液的制备方法为：按比例将质量为367mg的PbBr2固体溶于体积为1mL的二甲基甲酰胺溶液中，在温度小于90℃时进行搅拌直至PbBr2固体完全溶解。
步骤4、在PbBr2层4的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层5。
具体地，使用匀胶机将50μL的PMMA溶液旋涂于PbBr2层4的上表面，匀胶机的转速为4000rpm，旋涂时间为30s，然后将FTO/TiO2/PbBr2基底置于室温条件下得到PMMA超薄隔阻层5，室温为25℃。
PMMA溶液的制备方法为：按比例将质量为1mg的PMMA粉末溶于体积为1mL的氯苯溶液中，常温环境下搅拌至完全溶解。
步骤5、在PMMA超薄隔阻层5的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底7，第一基底7由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4、PMMA超薄隔阻层5和PbCl2层6组成。
具体地，使用匀胶机将85μL的PbCl2溶液旋涂于PMMA超薄隔阻层5的上表面，匀胶机的转速为4000rpm，旋涂时间为30s，然后将旋涂完PbCl2溶液的FTO/TiO2/PbBr2/PMMA基底置于90℃热台上进行退火30min得到PbCl2层6。
PbCl2溶液的制备方法为：按比例将质量为27.8mg的PbCl2固体溶于体积为1mL的二甲基甲酰胺溶液中，常温环境下搅拌至完全溶解。
步骤6、对第一基底7进行加热得到第二基底8，第二基底8由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4和PbCl2层6组成。
进一步地，对第一基底7进行加热使PMMA超薄隔阻层5遇热分解蒸发，以制备第二基底8。
具体地，利用高温热台对第一基底7进行加热，高温热台的温度为280℃～300℃，优选地，在280℃的温度加热3min。
步骤7、在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底9，第三基底9由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、CsPbBr3层11和CsPbBrCl2层12组成。
进一步地，在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液，使PbBr2层4和CsBr溶液反应得到CsPbBr3层11，PbCl2层6和CsBr溶液反应得到CsPbBrCl2层12，以制备第三基底9。
具体地，将第二基底8置于空气室温环境中，使用匀胶机将110μL的CsBr溶液旋涂于第二基底8的上表面，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s。然后将旋涂完CsBr溶液的第二基底8置于250℃热台上进行退火5min得到第三基底9。
步骤8、在第三基底9的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极10，以制备具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池。
具体地，将第三基底9置于室温环境中，利用丝网印刷方法在第三基底9的上表面淀积导电的碳浆，然后置于120℃的热台上进行退火15min得到碳电极10，此碳电极10作为本申请的太阳能电池的阳极。
综上所述，本实施例公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，通过在TiO2电子传输层的上表面依次生成PbBr2层、PMMA超薄隔阻层和PbCl2层，然后对形成的第一基底7基底进行加热后旋涂CsBr溶液，最终得到第三基底9，CsPbBr3层和CsPbBrCl2层为双层钙钛矿光活性层，具有不同的禁带宽度，不同的带隙吸收不同的太阳光光谱，CsPbBr3层和CsPbBrCl2层的双层结构可以拓宽光谱利用范围，利用宽带隙的钙钛矿太阳能电池吸收短波长的光，利用窄带隙的钙钛矿太阳能电池吸收长波长的光，极大限度的将光能变为电能，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，进而增加光生电流，促进光活性层与阳极碳电极界面的能级匹配度。CsPbBrCl2层的材料具有钝化界面缺陷的作用，极大的抑制了光生载流子间的复合；CsPbBrCl2层的带隙较宽，有利于载流子的提取和传输；CsPbBrCl2层的材料在室温环境下具有较好的稳定性，可以减少环境中水氧侵蚀对钙钛矿太阳能电池的影响，提升了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。
实施例二
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构图。本实施例公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构，包括：
第二FTO衬底2；
TiO2电子传输层3，设置于第二FTO衬底2的上表面；
CsPbBr3层11，设置于TiO2电子传输层3的上表面；
CsPbBrCl2层12，设置于CsPbBr3层11的上表面；
阳极碳电极10，设置于CsPbBrCl2层12的上表面。
在本实施例中，第二FTO衬底2是通过将第一FTO衬底1依次放入Decon-90水溶液、去离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，然后放入UV-zone中进行UV-O3处理得到。第一FTO衬底1具体为FTO/Glass基底，第二FTO衬底2的厚度为1.5mm～2.5mm。
TiO2电子传输层3是通过在第二FTO衬底2的上表面旋涂TiO2溶液得到，TiO2电子传输层3的厚度为50nm～80nm。
进一步地，在TiO2电子传输层3的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层4，继而在PbBr2层4的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层5，PMMA超薄隔阻层5的厚度为10nm～50nm，在PMMA超薄隔阻层5的上表面旋涂PbCl2溶液得到PbCl2层6，然后将FTO/TiO2/PbBr2/PMMA/PbCl2基底7置于高温热台进行加热使PMMA遇热分解蒸发，得到FTO/TiO2/PbBr2/PbCl2基底8，在FTO/TiO2/PbBr2/PbCl2基底8的上表面旋涂CsBr溶液，PbBr2层4和CsBr溶液反应得到CsPbBr3层11，CsPbBr3层11的厚度为300nm～350nm，PbCl2层6和CsBr溶液反应得到CsPbBrCl2层12，CsPbBrCl2层12的厚度为50nm～150nm，最后得到第三基底9。
在第三基底9的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极10，阳极碳电极10的厚度为5μm～10μm，面积为0.09cm2。
综上所述，本太阳能电池的结构包括第二FTO衬底、TiO2电子传输层、CsPbBr3层、CsPbBrCl2层和阳极碳电极，在TiO2电子传输层的上表面依次生成PbBr2层、PMMA超薄隔阻层和PbCl2层，然后对形成的第一基底7进行加热后旋涂CsBr溶液，最终得到第三基底9，CsPbBr3层和CsPbBrCl2层为双层钙钛矿光活性层，具有不同的禁带宽度，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，进而增加光生电流，促进光活性层与阳极碳电极界面的能级匹配度。同时，CsPbBrCl2层的材料具有钝化界面缺陷的作用，极大的抑制了光生载流子间的复合；CsPbBrCl2层的带隙较宽，有利于载流子的提取和传输；CsPbBrCl2层的材料在室温环境下具有较好的稳定性，可以减少环境中水氧侵蚀对钙钛矿太阳能电池的影响，提升了钙钛矿太阳能电池的性能和稳定性。
实施例三
请参见图1和图2a～图2i，图1为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法流程图，图2a～图2i为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备过程示意图。
本实施例公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，包括：
步骤1、对第一FTO衬底1进行预处理得到第二FTO衬底2。
具体地，将第一FTO衬底1依次放入Decon-90水溶液、去离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为15min。然后将超声清洗完成的第一FTO衬底1放入UV-zone中进行UV-O3处理得到第二FTO衬底2，UV-O3处理时间为15～30min。
步骤2、在第二FTO衬底2的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层3。
具体地，利用匀胶机将80μL的TiO2溶液旋涂在第二FTO衬底2的部分上表面，匀胶机的转速为3000rpm，用时30s，然后置于500℃的马弗炉以空气氛围退火1h。
步骤3、在TiO2电子传输层3的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层4。
具体地，已制备完成的第二FTO衬底2和TiO2电子传输层3组成FTO/TiO2基底，将FTO/TiO2基底置于手套箱N2环境中，使用匀胶机将85μL的PbBr2溶液旋涂于FTO/TiO2基底的上表面，PbBr2溶液的浓度为367mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s，然后将旋涂PbBr2溶液的FTO/TiO2基底放置于90℃热台上进行退火30min得到PbBr2层4。
步骤4、在PbBr2层4的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层5。
具体地，使用匀胶机将50μL的PMMA溶液旋涂于PbBr2层4的上表面，PMMA溶液的密度为1mg/mL，匀胶机的转速为4000rpm，旋涂时间为30s，然后将FTO/TiO2/PbBr2基底置于室温条件下得到PMMA超薄隔阻层5，室温为25℃。
步骤5、在PMMA超薄隔阻层5的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底7，第一基底7由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4、PMMA超薄隔阻层5和PbCl2层6组成。
具体地，使用匀胶机将85μL的PbCl2溶液旋涂于PMMA超薄隔阻层5的上表面，PbCl2溶液的浓度为27.8mg/mL，匀胶机的转速为4000rpm，涂时间为30s，然后将旋涂完PbCl2溶液的FTO/TiO2/PbBr2/PMMA基底置于90℃热台上进行退火30min得到PbCl2层6。
步骤6、对第一基底7进行加热得到第二基底8，第二基底8由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4和PbCl2层6组成。
进一步地，对第一基底7进行加热使PMMA超薄隔阻层5遇热分解蒸发，以制备第二基底8。
具体地，利用高温热台对第一基底7进行加热，高温热台的温度为280℃，加热3min。
步骤7、在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底9，第三基底9由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、CsPbBr3层11和CsPbBrCl2层12组成。
进一步地，在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液，使PbBr2层4和CsBr溶液反应得到CsPbBr3层11，PbCl2层6和CsBr溶液反应得到CsPbBrCl2层12，以制备第三基底9。
具体地，将第二基底8置于空气室温环境中，使用匀胶机将110μL的CsBr溶液旋涂于第二基底8的上表面，CsBr溶液的浓度为250mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s。然后将旋涂完CsBr溶液的第二基底8置于250℃热台上进行退火5min得到第三基底9。
步骤8、在第三基底9的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极10，以制备具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池。
具体地，将第三基底9置于室温环境中，利用丝网印刷方法在第三基底9的上表面淀积导电的碳浆，然后置于120℃的热台上进行退火15min得到碳电极10，此碳电极10作为本申请的太阳能电池的阳极。
实施例四
请参见图1和图2a～图2i，图1为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法流程图，图2a～图2i为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备过程示意图。
本实施例公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，包括：
步骤1、对第一FTO衬底1进行预处理得到第二FTO衬底2。
具体地，将第一FTO衬底1依次放入Decon-90水溶液、去离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为15min。然后将超声清洗完成的第一FTO衬底1放入UV-zone中进行UV-O3处理得到第二FTO衬底2，UV-O3处理时间为15～30min。
步骤2、在第二FTO衬底2的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层3。
具体地，利用匀胶机将80μL的TiO2溶液旋涂在第二FTO衬底2的部分上表面，匀胶机的转速为3000rpm，用时30s，然后置于500℃的马弗炉以空气氛围退火1h。
步骤3、在TiO2电子传输层3的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层4。
具体地，已制备完成的第二FTO衬底2和TiO2电子传输层3组成FTO/TiO2基底，将FTO/TiO2基底置于手套箱N2环境中，使用匀胶机将85μL的PbBr2溶液旋涂于FTO/TiO2基底的上表面，PbBr2溶液的浓度为367mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s，然后将旋涂PbBr2溶液的FTO/TiO2基底放置于90℃热台上进行退火30min得到PbBr2层4。
步骤4、在PbBr2层4的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层5。
具体地，使用匀胶机将50μL的PMMA溶液旋涂于PbBr2层4的上表面，PMMA溶液的密度为2.5mg/mL，匀胶机的转速为4000rpm，旋涂时间为30s，然后将FTO/TiO2/PbBr2基底置于室温条件下得到PMMA超薄隔阻层5，室温为25℃。
步骤5、在PMMA超薄隔阻层5的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底7，第一基底7由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4、PMMA超薄隔阻层5和PbCl2层6组成。
具体地，使用匀胶机将85μL的PbCl2溶液旋涂于PMMA超薄隔阻层5的上表面，PbCl2溶液的浓度为27.8mg/mL，匀胶机的转速为4000rpm，涂时间为30s，然后将旋涂完PbCl2溶液的FTO/TiO2/PbBr2/PMMA基底置于90℃热台上进行退火30min得到PbCl2层6。
步骤6、对第一基底7进行加热得到第二基底8，第二基底8由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4和PbCl2层6组成。
进一步地，对第一基底7进行加热使PMMA超薄隔阻层5遇热分解蒸发，以制备第二基底8。
具体地，利用高温热台对第一基底7进行加热，高温热台的温度为280℃，加热3min。
步骤7、在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底9，第三基底9由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、CsPbBr3层11和CsPbBrCl2层12组成。
进一步地，在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液，使PbBr2层4和CsBr溶液反应得到CsPbBr3层11，PbCl2层6和CsBr溶液反应得到CsPbBrCl2层12，以制备第三基底9。
具体地，将第二基底8置于空气室温环境中，使用匀胶机将150μL的CsBr溶液旋涂于第二基底8的上表面，CsBr溶液的浓度为250mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s。然后将旋涂完CsBr溶液的第二基底8置于200℃热台上进行退火5min得到第三基底9。
步骤8、在第三基底9的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极10。
具体地，将第三基底9置于室温环境中，利用丝网印刷方法在第三基底9的上表面淀积导电的碳浆，然后置于120℃的热台上进行退火15min得到碳电极10，此碳电极10作为本申请的太阳能电池的阳极。
实施例五
请参见图1和图2a～图2i，图1为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法流程图，图2a～图2i为本发明实施例提供的一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备过程示意图。
本实施例公开了一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，包括：
步骤1、对第一FTO衬底1进行预处理得到第二FTO衬底2。
具体地，将第一FTO衬底1依次放入Decon-90水溶液、去离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，清洗时间为15min。然后将超声清洗完成的第一FTO衬底1放入UV-zone中进行UV-O3处理得到第二FTO衬底2，UV-O3处理时间为15～30min。
步骤2、在第二FTO衬底2的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层3。
具体地，利用匀胶机将80μL的TiO2溶液旋涂在第二FTO衬底2的部分上表面，匀胶机的转速为3000rpm，用时30s，然后置于500℃的马弗炉以空气氛围退火1h。
步骤3、在TiO2电子传输层3的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层4。
具体地，已制备完成的第二FTO衬底2和TiO2电子传输层3组成FTO/TiO2基底，将FTO/TiO2基底置于手套箱N2环境中，使用匀胶机将85μL的PbBr2溶液旋涂于FTO/TiO2基底的上表面，PbBr2溶液的浓度为367mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s，然后将旋涂PbBr2溶液的FTO/TiO2基底放置于90℃热台上进行退火30min得到PbBr2层4。
步骤4、在PbBr2层4的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层5。
具体地，使用匀胶机将50μL的PMMA溶液旋涂于PbBr2层4的上表面，PMMA溶液的密度为5mg/mL，匀胶机的转速为4000rpm，旋涂时间为30s，然后将FTO/TiO2/PbBr2基底置于室温条件下得到PMMA超薄隔阻层5，室温为25℃。
步骤5、在PMMA超薄隔阻层5的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底7，第一基底7由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4、PMMA超薄隔阻层5和PbCl2层6组成。
具体地，使用匀胶机将85μL的PbCl2溶液旋涂于PMMA超薄隔阻层5的上表面，PbCl2溶液的浓度为27.8mg/mL，匀胶机的转速为4000rpm，涂时间为30s，然后将旋涂完PbCl2溶液的FTO/TiO2/PbBr2/PMMA基底置于90℃热台上进行退火30min得到PbCl2层6。
步骤6、对第一基底7进行加热得到第二基底8，第二基底8由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、PbBr2层4和PbCl2层6组成。
进一步地，对第一基底7进行加热使PMMA超薄隔阻层5遇热分解蒸发，以制备第二基底8。
具体地，利用高温热台对第一基底7进行加热，高温热台的温度为280℃，加热3min。
步骤7、在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底9，第三基底9由从下到上依次层叠的第二FTO衬底2、TiO2电子传输层3、CsPbBr3层11和CsPbBrCl2层12组成。
进一步地，在第二基底8的上表面旋涂CsBr溶液，使PbBr2层4和CsBr溶液反应得到CsPbBr3层11，PbCl2层6和CsBr溶液反应得到CsPbBrCl2层12，以制备第三基底9。
具体地，将第二基底8置于空气室温环境中，使用匀胶机将80μL的CsBr溶液旋涂于第二基底8的上表面，CsBr溶液的浓度为250mg/mL，匀胶机的转速为2000rpm，旋涂时间为30s。
具体地，将旋涂完CsBr溶液的第二基底8置于300℃热台上进行退火5min得到第三基底9。
步骤8、在第三基底9的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极10。
具体地，将第三基底9置于室温环境中，利用丝网印刷方法在第三基底9的上表面淀积导电的碳浆，然后置于120℃的热台上进行退火15min得到碳电极10，此碳电极10作为本申请的太阳能电池的阳极。
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 (7)
1.一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：
对第一FTO衬底(1)进行预处理得到第二FTO衬底(2)；
在所述第二FTO衬底(2)的部分上表面旋涂TiO2溶液得到TiO2电子传输层(3)；
在所述TiO2电子传输层(3)的上表面旋涂PbBr2溶液得到PbBr2层(4)；
在所述PbBr2层(4)的上表面旋涂PMMA溶液得到PMMA超薄隔阻层(5)，所述PMMA超薄隔阻层(5)的厚度为10nm～50nm；
在所述PMMA超薄隔阻层(5)的上表面旋涂PbCl2溶液得到第一基底(7)，所述第一基底(7)由从下到上依次层叠的所述第二FTO衬底(2)、所述TiO2电子传输层(3)、所述PbBr2层(4)、所述PMMA超薄隔阻层(5)和PbCl2层(6)组成；
对所述第一基底(7)进行加热使所述PMMA超薄隔阻层(5)遇热分解蒸发，以制备第二基底(8)，所述第二基底(8)由从下到上依次层叠的所述第二FTO衬底(2)、所述TiO2电子传输层(3)、所述PbBr2层(4)和所述PbCl2层(6)组成；
在所述第二基底(8)的上表面旋涂CsBr溶液得到第三基底(9)，具体包括：在所述第二基底(8)的上表面旋涂CsBr溶液，使所述PbBr2层(4)和所述CsBr溶液反应得到CsPbBr3层(11)，所述PbCl2层(6)和所述CsBr溶液反应得到CsPbBrCl2层(12)，以制备所述第三基底(9)，所述第三基底(9)由从下到上依次层叠的所述第二FTO衬底(2)、所述TiO2电子传输层(3)、CsPbBr3层(11)和CsPbBrCl2层(12)组成；
在所述第三基底(9)的上表面淀积碳浆得到阳极碳电极(10)，以制备具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池。
2.根据权利要求1所述的具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，在所述第二FTO衬底(2)的剩余部分的上表面设置有阴电极。
3.根据权利要求1所述的具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，利用高温热台对所述第一基底(7)进行加热，所述高温热台的温度为280℃～300℃。
4.根据权利要求1所述的具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述CsPbBr3层(11)的厚度范围为300～350nm。
5.根据权利要求1所述的具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述CsPbBrCl2层(12)的厚度范围为50～150nm。
6.根据权利要求1所述的具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述CsBr溶液的旋涂剂量为80～150μL。
7.一种具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池结构，其特征在于，利用权利要求1至6任一项所述的具有双层钙钛矿光活性层的太阳能电池的制备方法进行制备，包括：
第二FTO衬底(2)；
TiO2电子传输层(3)，设置于所述第二FTO衬底(2)的上表面；
CsPbBr3层(11)，设置于所述TiO2电子传输层(3)的上表面；
CsPbBrCl2层(12)，设置于所述CsPbBr3层(11)的上表面；
阳极碳电极(10)，设置于所述CsPbBrCl2层(12)的上表面。
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| Title |
|---|
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| 钙钛矿太阳电池吸收层制备工艺;吴亚美;杨瑞霞;田汉民;王如;花中秋;陈帅;;半导体技术(第10期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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