一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，鈣鈦礦太陽能電池包括正向結構和反向結構，制備反向結構方法如下：a.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂PEDOT:PSS；b.在PEDOT:PSS薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，退火薄膜變黑后再旋涂PC61BM溶液；c.待溶劑自然揮發后，再懸涂氧化鋅納米顆粒；d.利用真空熱蒸鍍鋁電極；制備正向結構方法如下：a1.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂氧化鈦前軀體溶液，經退火處理后，形成一層厚度均勻的氧化鈦薄膜；b2.在氧化鈦薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，經退火處理后，薄膜變成黑色，并在其上表面懸涂Spiro?OMeTAD溶液；c3.放置于干燥柜常溫氧化24小時后，利用真空熱蒸鍍銀電極。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種太陽能電池，特別涉及一種采用鹵代烷烴添加劑改善有機無機鉛雜化鈣鈦礦薄膜成膜質量的太陽能電池。
技術介紹
全球能源危機以及化石燃料導致的環境污染問題日益嚴重，已成為各個國家經濟發展面臨的首要問題。太陽能作為一種取之不盡用之不竭的綠色能源，是替代目前化石燃料的最理想方式。太陽能光伏電池是一種目前采用的最廣泛、最有效的轉變太陽能器件之一。目前光伏市場以晶體硅太陽能電池為主導，另外還有砷化鎵、碲化鎘以及疊層GaInP/GaAs/Ge等為活性材料的無機光電器件。然而此類電池成本高，生產工藝復雜等問題極大地限制了其大規模實際應用。相比之下，鈣鈦礦太陽能電池因材料其成本廉價，制備溫度低，工藝簡單，效率高(超過20％)，可大面積，柔性化等優勢，受到了極大的關注。自2012年英國科學家史內斯等人相繼在世界頂級雜志上報道了有機無機鈣鈦礦太陽能電池效率突破10％后，全球科學家對鈣鈦礦太陽能電池的進行了深入的研究。全世界大部分太陽能電池研究者們都參與到這項工作中來，從各個方面對其進行研究，其中對于鈣鈦礦電池中最重要的光活性層，即有機無機鉛鈣鈦礦層。雖然目前制備的鈣鈦礦電池效率普遍很高，但其本體薄膜一般為溶液法制備的多晶體系，具有很多缺陷，主要有以下幾種。其一，一般制備的鈣鈦礦薄膜晶體取向趨于雜亂，導致激子在不同取向的晶體內傳輸不一致，且其在不同晶粒與界面接觸時分離效果也不相同。其二，普通方法制備的鈣鈦礦薄>膜具有較多晶格缺陷，主要原因是晶體表面鉛缺失碘引起的空位，這些空位成為電荷復合的中心，通常可以用熒光光譜(PL)等光電測試方法來表征薄膜缺陷的多少。其三，普通鈣鈦礦薄膜質量不高，晶粒較小。因此，通過改善鈣鈦礦薄膜，其器件表現任然有很大的提升空間。要制備更高效更穩定的鈣鈦礦薄膜，最有效的辦法是通過本體修飾，降低晶體缺陷，減小孔洞，使其能更好地吸收光子，降低激子淬滅率和電子空穴復合率。有鑒于上述的缺陷，本設計人，積極加以研究創新，以期創設一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，使其更具有產業上的利用價值。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術的目的是提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法.本專利技術的技術方案如下：一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：所述鈣鈦礦太陽能電池包括正向結構和反向結構，制備鈣鈦礦太陽能電池反向結構方法如下：a.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂PEDOT:PSS，經退火處理后，形成一層厚度均勻的PEDOT:PSS薄膜；b.在PEDOT:PSS薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，退火薄膜變黑后再旋涂PC61BM溶液；c.待溶劑自然揮發后，再懸涂氧化鋅納米顆粒；d.利用真空熱蒸鍍鋁電極；制備鈣鈦礦太陽能電池正向結構方法如下：a1.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂氧化鈦前軀體溶液，經退火處理后，形成一層厚度均勻的氧化鈦薄膜；b2.在氧化鈦薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，經退火處理后，薄膜變成黑色，并在其上表面懸涂Spiro-OMeTAD溶液；c3.放置于干燥柜常溫氧化24小時后，利用真空熱蒸鍍銀電極。進一步的，所述鈣鈦礦前驅體溶液為，將結構式符合ABX3的A、B兩種鹵素鹽與鹵代烷烴M進行混合，并加入DMF溶劑，配備質量分為40％的鈣鈦礦前驅體溶液。進一步的，所述ABX3結構中，A為甲胺、甲基二胺、銫、銦中的任一種，B為鉛、錫中的任一種，X為氯、溴、碘中的任一種。進一步的，所述鈣鈦礦溶液結構式為MyA(1-y)B3-xXx，其中0<y<1，0≤x≤3。進一步的，所述步驟a和步驟a1中，清洗步驟為依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20min，用氮氣吹干后臭氧處理15min。進一步的，所訴步驟a中退火為置于空氣氣氛中140℃退火20min，所述步驟b中退火為氮氣氣氛中100℃退火30min。進一步的，所述步驟a1中退火為空氣氣氛中150℃退火60min，所述步驟b1中退火為氮氣氣氛中100℃退火30min。一種鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述太陽能電池包括正向結構和反向結構，所述反向結構包括，由下到上依次設置的：陽極襯底，采用氧化銦錫(ITO)透明導電襯底；陽極修飾層，為PEDOT:PSS薄膜；鈣鈦礦活性層，結構式為(CH3)y(CH3NH3)(1-y)PbI3-xClx薄膜，其中0≤x≤3，0<y<1；陰極修飾層一，為富勒烯的衍生物PC61BM；陰極修飾層二，氧化鋅納米顆粒陰極電極，為鋁電極；所述正向結構包括，由下到上依次的：陰極襯底，采用氧化銦錫(ITO)透明導電襯底；陰極修飾層，為氧化鈦薄膜；鈣鈦礦活性層，結構式為(CH3)y(CH3NH3)(1-y)PbI3-xClx薄膜，其中0≤x≤3，0<y<1；陽極修飾層，為Spiro-OMeTAD；陽極電極，為銀電極。進一步的，所述反向結構中，所述鈣鈦礦活性層的厚度為300nm，所述陽極修飾層的厚度為60nm，所述陰極修飾層一的厚度為60nm，所述陰極修飾層二的厚度為30nm，所述陰極電極的厚度為120nm。進一步的，所述正向結構中，所述鈣鈦礦活性層的厚度300nm，所述陰極修飾層的厚度為100nm，所述陽極修飾層的厚度為80nm，所述陽極電極的厚度為100nm。借由上述方案，本專利技術至少具有以下優點：(1)本專利技術制備工藝簡單，溶液法制備，溫度低，成本低；(2)通過添加鹵代烷烴鈣鈦礦薄膜的結晶大大改善，缺陷大大減少，表現出更好地半導體性質；(3)加入鹵代烷烴，鈣鈦礦晶體表面缺陷態被鈍化，從而減少了電荷復合，更有利于多晶之間，界面之間的電荷輸運，從而提高器件整體效率。上述說明僅是本專利技術技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術的技術手段，并可依照說明書的內容予以實施，以下以本專利技術的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后。附圖說明圖1是本專利技術反向結構示意圖；圖2是本專利技術正向結構示意圖；圖3是鈣鈦礦添加鹵代烷烴后正向和反向鈣鈦礦太陽能電池的電流-電壓曲線；圖4是鹵代烷烴添加劑改善的鈣鈦礦薄膜SEM圖和普通鈣鈦礦薄膜SEM圖；圖5是鹵代烷烴添加劑改善的鈣鈦礦薄膜XRD圖；圖6是鹵代烷烴修飾后鈣鈦礦薄膜的PL瞬態激發曲線圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：所述鈣鈦礦太陽能電池包括正向結構和反向結構，制備鈣鈦礦太陽能電池反向結構方法如下：a.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂PEDOT:PSS，經退火處理后，形成一層厚度均勻的PEDOT:PSS薄膜；b.在PEDOT:PSS薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，退火薄膜變黑后再旋涂PC61BM溶液；c.待溶劑自然揮發后，再懸涂氧化鋅納米顆粒；d.利用真空熱蒸鍍鋁電極；制備鈣鈦礦太陽能電池正向結構方法如下：a1.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂氧化鈦前軀體溶液，經退火處理后，形成一層厚度均勻的氧化鈦薄膜；b2.在氧化鈦薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，經退火處理后，薄膜變成黑色，并在其上表面懸涂Spiro?OMeTAD溶液；c3.放置于干燥柜常溫氧化24小時后，利用真空熱蒸鍍銀電極。

【技術特征摘要】
1.一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：
所述鈣鈦礦太陽能電池包括正向結構和反向結構，
制備鈣鈦礦太陽能電池反向結構方法如下：
a.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂PEDOT:PSS，經退火處理
后，形成一層厚度均勻的PEDOT:PSS薄膜；
b.在PEDOT:PSS薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，退火薄
膜變黑后再旋涂PC61BM溶液；
c.待溶劑自然揮發后，再懸涂氧化鋅納米顆粒；
d.利用真空熱蒸鍍鋁電極；
制備鈣鈦礦太陽能電池正向結構方法如下：
a1.在清洗干凈并經臭氧處理過的ITO襯底上旋涂氧化鈦前軀體溶液，經退
火處理后，形成一層厚度均勻的氧化鈦薄膜；
b2.在氧化鈦薄膜上旋涂鈣鈦礦前驅體溶液制備鈣鈦礦活性層，經退火處理
后，薄膜變成黑色，并在其上表面懸涂Spiro-OMeTAD溶液；
c3.放置于干燥柜常溫氧化24小時后，利用真空熱蒸鍍銀電極。
2.根據權利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：
所述鈣鈦礦前驅體溶液為，將結構式符合ABX3的A、B兩種鹵素鹽與鹵代烷
烴M進行混合，并加入DMF溶劑，配備質量分為40％的鈣鈦礦前驅體溶液。
3.根據權利要求2所述的一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：
所述ABX3結構中，A為甲胺、甲基二胺、銫、銦中的任一種，B為鉛、錫中
的任一種，X為氯、溴、碘中的任一種。
4.根據權利要求2所述的一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：
所述鈣鈦礦溶液結構式為MyA(1-y)B3-xXx，其中0<y<1，0≤x≤3。
5.根據權利要求1所述的一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于：
所述步驟a和步驟a1中，清洗步驟為依次用丙酮、乙醇、去離子水超聲清洗20
min，用氮氣吹干后臭氧處理15min。
6.根據權利要求1所述的一種鈣鈦礦太...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫寶全，許衛東，劉儷佳，
申請(專利權)人：蘇州大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32