in;將清洗好的透明導(dǎo)電襯底放入步驟準(zhǔn)備好的溶液中；將溶液放入95°C恒溫箱中保持3小時，在恒溫箱中自然冷卻到室溫后取出，用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈，并用氮氣吹干，得到SnO2納米桿致密層，如圖3(右)所述。
[0034]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。
[0035]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0036]5)電極制備。同實施例1。
[0037]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓1.02V，短路電流密度10.24mA/cm2，填充因子 66.71%，轉(zhuǎn)換效率 6.97%。
[0038]實施例3:
I)導(dǎo)電襯底清洗。同實施例1。
[0039]2)雙層納米桿介孔SnO2電子傳輸層制備。水熱溶液的配置:同實施例2 ;將清洗好的透明導(dǎo)電襯底放入步驟準(zhǔn)備好的溶液中；將溶液放入75°C恒溫箱中保持6小時，在恒溫箱中自然冷卻到室溫后取出，用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈并用氮氣吹干，得到SnO2納米桿介孔層，如圖4(右)所述。
[0040]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。
[0041]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0042]5)電極制備。同實施例1。
[0043]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓1.06V，短路電流密度10.85mA/cm2，填充因子 58.02%，轉(zhuǎn)換效率 6.67%。
[0044]實施例4:
I)導(dǎo)電襯底清洗。同實施例1。
[0045]2)雙層納米桿介孔SnO2電子傳輸層制備。水熱溶液的配置:將0.0125Mol/L草酸錫、0.0125Mol/L六次甲基四氨加入廣口瓶中，溶劑為去離子水，攪拌30min ;將清洗好的透明導(dǎo)電襯底放入步驟準(zhǔn)備好的溶液中；將溶液放入95°C恒溫箱中保持9小時，在恒溫箱中自然冷卻到室溫后取出，用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈并用氮氣吹干，得到SnO2納米桿介孔層，如圖5(右)所述。
[0046]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。
[0047]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0048]5)電極制備。同實施例1。
[0049]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓1.03 V，短路電流密度19.32mA/cm2，填充因子67.44%，轉(zhuǎn)換效率13.42%。
[0050]實施例5:
I)導(dǎo)電襯底清洗。同實施例1。
[0051]2)雙層納米桿介孔SnO2電子傳輸層制備。水熱溶液的配置:同實施例2 ;將清洗好的透明導(dǎo)電襯底放入步驟準(zhǔn)備好的溶液中；將溶液放入95°C恒溫箱中保持48小時，在恒溫箱中自然冷卻到室溫后取出，用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈并用氮氣吹干，得到SnO2納米桿介孔層，如圖6 (右)所述。
[0052]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。
[0053]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0054]5)電極制備。同實施例1。
[0055]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓1.02 V，短路電流密度19.61mA/cm2，填充因子69.09%，轉(zhuǎn)換效率13.82% ;將樣品放在濕度低于25%的干燥柜中1800小時后，測得開路電壓1.02V，短路電流密度17.31 mA/cm2，填充因子67.41%，轉(zhuǎn)換效率11.90%,效率衰減小于14%。
[0056]實施例6:
I)導(dǎo)電襯底清洗。試驗中要先對ITO導(dǎo)電玻璃襯底進(jìn)行清洗、吹干。將尺寸大小合適的ITO導(dǎo)電玻璃用清潔劑先清洗干凈，再用去離子水沖洗。然后依次用去離子水、丙酮、乙醇超聲清洗，最后再用氮氣吹干備用。
[0057]2)雙層納米結(jié)構(gòu)介孔SnO2電子傳輸層制備。水熱溶液的配置:將0.025Mol/L草酸錫、0.025Mol/L六次甲基四氨加入廣口瓶中，溶劑為去離子水，攪拌30min ;將清洗好的透明導(dǎo)電襯底放入步驟準(zhǔn)備好的溶液中；將溶液放入95 V恒溫箱中保持6小時，在恒溫箱中自然冷卻到室溫后取出，用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈并用氮氣吹干；，得到SnO2納米片介孔層，如圖7(右)所述。
[0058]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。
[0059]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0060]5)電極制備。同實施例1。
[0061]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓0.98V，短路電流密度14.64 mA/cm2，填充因子 51.61%，轉(zhuǎn)換效率 7.41%。
[0062]實施例7:
I)導(dǎo)電襯底清洗。同實施例1。
[0063]2)雙層納米桿介孔SnO2電子傳輸層制備。水熱溶液的配置:將0.05Mol/L草酸錫、0.05Mo 1/L六次甲基四氨加入廣口瓶中，溶劑為去離子水，攪拌30min ；將清洗好的透明導(dǎo)電襯底放入步驟準(zhǔn)備好的溶液中；將溶液放入95°C恒溫箱中保持9小時，在恒溫箱中自然冷卻到室溫后取出，用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈，并用氮氣吹干；
3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3_xClx吸光層制備。將事先合成的CH 3NH3I和PbCl2按摩爾比3:1溶解在二甲基甲酰胺里，60攝氏度下攪拌24小時；用甩膠機將配好前驅(qū)體溶液均勻的旋涂在電子傳輸層上；將甩好的鈣鈦礦吸光層在100攝氏度下退火45分鐘。
[0064]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0065]5)電極制備。同實施例1。
[0066]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓0.83V，短路電流密度18.66mA/cm2，填充因子 53.13%，轉(zhuǎn)換效率 8.23%。
[0067]實施例8:
I)導(dǎo)電襯底清洗。首先將透明柔性導(dǎo)電襯底剪成所需的尺寸大小，剪好后用清潔劑先清洗干凈，再用去離子水沖洗。然后將其放在超聲波清洗器中依次用去乙醇、去離子水中超聲清洗，最后再用氮氣吹干即可得到實驗需要的表面干凈的襯底。
[0068]2)雙層納米桿介孔Sn0，2電子傳輸層制備。同實施例3。
[0069]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。
[0070]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。
[0071]5)電極制備。同實施例1。
[0072]6)測試，同實施例1。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓1.03V，短路電流密度
15.07 mA/cm2，填充因子 56.56%，轉(zhuǎn)換效率 8.78%。
[0073]本發(fā)明中用原位低溫制備的雙層納米桿結(jié)構(gòu)SnOJA鈣鈦礦光伏電池的電子傳輸層取得了很高的光電轉(zhuǎn)化效率。該雙層結(jié)構(gòu)中，致密層可以阻擋空穴，減少電子空穴對的復(fù)合，從而提高填充因子；介孔層可以增加鈣鈦礦的吸附，提高短路電流，從提高電池的轉(zhuǎn)換效率。此種方法且比基于傳統(tǒng)的用550攝氏度高溫?zé)Y(jié)的T12電子傳輸層的鈣鈦礦電池效率高。這種納米桿結(jié)構(gòu)SnO2電子傳輸層應(yīng)用在基于鈣鈦礦CH 3NH3PbI3iP CH 3NH3PbI3_xCl^光伏電池中都取得了良好的效果。SnO2納米結(jié)構(gòu)的制備過程簡單，原料環(huán)保，并且SnO2M料本身具有很好的穩(wěn)定性，最為重要的是制備的太陽能電池具有優(yōu)異的性能，具有巨大產(chǎn)能的潛在應(yīng)用。這也說明了基于這種新型電子傳輸層的介觀鈣鈦礦光伏電池在大面積和柔性等工業(yè)化生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。
【主權(quán)項】
1.一種雙層納米結(jié)構(gòu)SnO2電子傳輸層介觀I丐鈦礦光伏電池，包括透明導(dǎo)電襯底、電子傳輸層、I丐鈦礦吸光層、空穴傳輸層和金屬電極；所述電子傳輸層底層為雙層納米結(jié)構(gòu)介孔SnOJf，由覆蓋于透明導(dǎo)電襯底的SnO 2納米桿致密層和覆蓋于SnO 2納米桿致密層上的SnO 2納米桿或納米片多孔層組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介觀鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，所述透明導(dǎo)電襯底為FTO或ITO透明導(dǎo)電玻璃襯底或柔性透明導(dǎo)電襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介觀鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，所述鈣鈦礦層吸光層為CH3NH3PbI3_xClx或者 CH 3NH3PbI3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介觀鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，所述的空穴傳輸層是68mM的2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’ -螺二芴，26 mM的雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰和55 mM的4-叔丁基吡啶的混合溶液，所用溶劑是體積比為10:1的氯苯和乙腈的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的介觀鈣鈦礦光伏電池，其特征在于，所述的金屬電極為金電極。
6.權(quán)利要求1所述的介觀鈣鈦礦光伏電池的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: (1)將透明導(dǎo)電襯底采用半導(dǎo)體工藝清洗，用氮氣吹干； (2)生長雙層納米桿介孔SnO2電子傳輸層； (3)制備鈣鈦礦CH3NH3PbI3_xClx或者CH3NH3PbI3吸光層覆蓋在氧化物電子傳輸層上； (4)將事先配好的空穴傳輸層溶液通過旋涂法形成一層空穴傳輸層； (5)蒸發(fā)制備Au電極； 所述的雙層納米結(jié)構(gòu)介孔SnO2層的制備方法，包括如下步驟: (1)將0.0125mol/L 至 0.05 mol/L 草酸錫、0.0125mol/L 至 0.05 mol/L 六次甲基四氨以1:1的比例加入廣口瓶中，溶劑為去離子水，攪拌30min ； (2)將透明導(dǎo)電襯底放入步驟(I)準(zhǔn)備好的溶液中； (3)將溶液放入75~95°C恒溫箱中保持3~48小時后取出，后用去離子水將SnO2膜表面的沉淀物沖凈并用氮氣吹干。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，鈣鈦礦CH3NH3PbI3_xClx吸光層的制備方法，包括如下步驟: (1)鈣鈦礦溶液的配置:將事先合成的CH3NH3I和？1^12按摩爾比3:1溶解在二甲基甲酰胺里，60攝氏度下攪拌24小時； (2)用甩膠機將配好前驅(qū)體溶液均勻的旋涂在電子傳輸層上； (3)將甩好的鈣鈦礦吸光層在100攝氏度下退火45分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，鈣鈦礦CH3NH3PbI3K光層的制備方法，包括如下步驟: (1)鈣鈦礦溶液的配置:將Imol/L的PbI2溶解在二甲基甲酰胺里，60攝氏度下攪拌24小時； (2)將？1^12溶液通過甩膠機均勻的旋涂在經(jīng)過退火的電子傳輸層上再70攝氏度退火三十分鐘； (3)把甩有PbI2的樣品放在10mg/L的CH 3NH3I異丙醇溶液中浸泡五分鐘；(4)再把樣品用異丙醇漂洗，用氮氣吹干，70攝氏度退火三十分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙層納米介孔電子傳輸層的鈣鈦礦光伏電池及其制備方法。該電池由導(dǎo)電襯底、雙層結(jié)構(gòu)的電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和金屬電極組成。本發(fā)明的優(yōu)點是：該鈣鈦礦光伏電池采用一步法低溫生長的SnO2作為電子傳輸層，取代了兩步法高溫?zé)Y(jié)的TiO2電子傳輸層，極大簡化了制備流程。這種一步法低溫制備的介孔鈣鈦礦光伏電池在取得13.82%的高光電轉(zhuǎn)換效率，同時有效的降低了制作成本。該鈣鈦礦光伏電池的介孔結(jié)構(gòu)相比平面結(jié)構(gòu)更易于鈣鈦礦吸光材料的附著，且SnO2對鈣鈦礦吸光層的分解作用比TiO2較弱，提高了電池的性能與穩(wěn)定性。本技術(shù)對柔性太陽能電池的發(fā)展及推廣有很大的促進(jìn)作用，并進(jìn)一步推進(jìn)鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化應(yīng)用。
【IPC分類】H01L51-44, H01L51-46, H01L51-48, H01L51-42
【公開號】CN104576932
【申請?zhí)枴緾N201510025995
【發(fā)明人】方國家, 劉琴, 柯維俊, 秦敏超
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月19日