一種鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及太陽能電池技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還涉及上述1丐鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球化石能源的枯竭以及溫室效應(yīng)和環(huán)境污染的日益加劇，清潔能源及低碳經(jīng)濟(jì)已經(jīng)成為世界各國的重要研究課題。太陽能電池技術(shù)受到極大的關(guān)注。其中目前市面上的硅基太陽能電池等器件作為原材料、制備工藝要求苛刻，導(dǎo)致利用成本居高不下，人們把目光轉(zhuǎn)向低成本的太陽能電池材料和技術(shù)。新型薄膜太陽能電池由于低廉的成本和大面積的制備技術(shù)越來越受到人們的重視。具有鈣鈦礦型層狀結(jié)構(gòu)的有機(jī)金屬材料作為一種高光吸收系數(shù)以及良好電學(xué)性能的材料，受到科研工作者的關(guān)注。近兩年來基于鈣鈦礦材料的太陽能電池技術(shù)發(fā)展迅速。目前實(shí)驗(yàn)室里最高的鈣鈦礦電池的效率已經(jīng)突破20%，完全達(dá)到了商業(yè)化的要求。
[0003]傳統(tǒng)的鈣鈦礦電池結(jié)構(gòu)為:襯底/導(dǎo)電層/致密層/支架層/吸光層/空穴傳輸層/電極。對于此結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽能電池而言，多孔二氧化鈦支架層的首要作用并不是傳導(dǎo)電子，而是在制備器件時(shí)起到支撐鈣鈦礦、促進(jìn)鈣鈦礦生長的作用，完全可以由絕緣的多孔S12或者Al2O3等代替。近期的理論研究發(fā)現(xiàn)鈣鈦礦是雙極性半導(dǎo)體，可以同時(shí)充當(dāng)吸光層、電子傳輸層或空穴傳輸層?；跓o支架層的N-1-P型結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽電池迅速發(fā)展，其效率甚至超過具有多孔層結(jié)構(gòu)的電池；至于無電子傳輸層或無空穴傳輸層結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦太陽電池，雖然有文獻(xiàn)報(bào)道基于無T12的器件結(jié)構(gòu)(J.Am.Chem.Soc.136(2014) 17116-17122.Nat.Commun.6 (2015) do1: 10.1038/ncomms7700)，但是電池的效率遠(yuǎn)低于有電子傳輸層的器件結(jié)構(gòu)(Science 345 (2014) 542-546.Science348 (2015) 1234-1237.) ο電子傳輸層亦即致密層一般由高溫?zé)Y(jié)(500度)的T12構(gòu)成。1102可以起到傳輸電子作用，最重要的是可以減少空穴與電子的復(fù)合幾率，從而大大提高電池的效率。然而，高溫?zé)Y(jié)技術(shù)使得電池的制備工藝復(fù)雜化，成本上升，在鈣鈦礦薄膜電池極具商業(yè)化的前景下，嚴(yán)重限制了鈣鈦礦太陽能電池的發(fā)展。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種能促進(jìn)鈣鈦礦層的吸光作用的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供一種上述鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法在低溫下完成，制備工藝簡單、制備成本低，制備的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)對光具有更好的吸收功能。
[0006]本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)，其特征在于包括:
[0007]陰極透明導(dǎo)電襯底，
[0008]電子傳輸層，制作在所述陰極透明導(dǎo)電襯底上，
[0009]鈣鈦礦層，制作在所述電子傳輸層上，
[0010]空穴傳輸層，制作在所述鈣鈦礦層上，以及
[0011]金屬陽極，制作在所述空穴傳輸層上；
[0012]所述的電子傳輸層為二氧化鈦包覆金屬粒子核殼層。
[0013]所述的二氧化鈦包覆金屬粒子核殼層以金屬粒子Ag或Au為核，以1102為殼層。
[0014]作為優(yōu)選，所述金屬粒子Ag或Au的直徑為5?50nm，T12殼層的厚度為5?50nm。
[0015]優(yōu)選地，所述鈣鈦礦層為CH3NH3PbIJ^膜層，該薄膜的厚度為400?500nm。
[0016]—種上述鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于包括以下步驟:
[0017](I)先清洗陰極透明導(dǎo)電襯底，然后將清洗后的陰極透明導(dǎo)電襯底浸入聚二烯丙基二甲基氯化銨的水溶液中，浸泡10?30min ;浸泡完畢后取出陰極透明導(dǎo)電襯底并用去離子水反復(fù)沖洗去除多余的聚二烯丙基二甲基氯化銨；
[0018](2)常溫下，將步驟⑴所得陰極透明導(dǎo)電襯底置于(Au/Ag)@T1^納米溶液中，浸泡5?24h，浸泡完畢后取出陰極透明導(dǎo)電襯底并于50?60°C下干燥處理20?24h，置于無水環(huán)境中備用；此時(shí)，陰極透明導(dǎo)電襯底的表面即形成了一層T12包覆Au/Ag的核殼層，該T12包覆Au/Ag的核殼層即為電子傳輸層；
[0019](3)在步驟(2)所得電子傳輸層表面形成一層鈣鈦礦層；
[0020](4)在步驟(3)所得鈣鈦礦層表面旋涂空穴傳輸層；
[0021](5)在步驟(4)所得空穴傳輸層上蒸鍍形成金屬陽極。
[0022]作為優(yōu)選，所述聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液的體積濃度為I?5%。
[0023]優(yōu)選地，所述(Au/Ag) @1102納米溶液的摩爾濃度為0.01?0.05M，溶劑為乙醇或乙醚。
[0024]優(yōu)選地，步驟(3)中，在形成鈣鈦礦層時(shí)，先在Au/Ag的核殼層表面旋涂濃度為0.5?1.5mol/L的PbI2溶液，該溶液的溶劑為二甲基甲酰胺，旋涂完畢并干燥后放入濃度為8?10mg/mL的CH3NH3I溶液中，浸泡0.5-30分鐘形成鈣鈦礦層。
[0025]優(yōu)選地，步驟(3)中，在形成鈣鈦礦層時(shí)，先按照摩爾比例1:3將PbCljP CH 3NH3I混合于丁內(nèi)酯中配置成質(zhì)量濃度為40%的CH3NH3I溶液，然后將該溶液旋涂在電子傳輸層上，于90?100°C加熱30?60min，形成鈣鈦礦層。
[0026]優(yōu)選地，當(dāng)所述電子傳輸層為T12包覆Au的核殼層時(shí)，所述金屬陽極為Ag電極；當(dāng)所述電子傳輸層為T12包覆Ag的核殼層時(shí)，所述金屬陽極為Au電極。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明在陰極透明導(dǎo)電襯底上制作了T12包覆Au/Ag的核殼層，并將該T12包覆Au/Ag的核殼層直接作為電子傳輸層使用，無需另外制作專門的電子傳輸層，簡化了制備工藝，且將該核殼層作為電子傳輸層使用，利用納米粒子的等離子體激元增強(qiáng)效應(yīng)促進(jìn)了鈣鈦礦層對光的吸收，提高了太陽能電池的吸光效果；本發(fā)明的制備方法采用溶液低溫工藝制備了電子傳輸層，避免了現(xiàn)有技術(shù)中高溫?zé)Y(jié)等步驟的使用，進(jìn)一步簡化了制備工藝，降低了生產(chǎn)成本；且由于二氧化鈦包覆金屬粒子核殼層作為電子傳輸層在溶液中直接形成于陰極透明導(dǎo)電襯底上，而不是經(jīng)過旋涂工藝制作，結(jié)構(gòu)更加緊湊，電子傳輸效果更好。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中AgOT12核殼層的透射電鏡圖；
[0030]圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中AgOT1dS殼層的吸收光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明的鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)包括:陰極透明導(dǎo)電襯底1，電子傳輸層2、鈣鈦礦層3、空穴傳輸層4及金屬陽極5，電子傳輸層2制作在陰極透明導(dǎo)電襯底I上，鈣鈦礦層3制作在電子傳輸層2上，空穴傳輸層4制作在鈣鈦礦層3上，金屬陽極5制作在空穴傳輸層4上。電子傳輸層2為二氧化鈦包覆金屬粒子核殼層，該二氧化鈦包覆金屬粒子核殼層以金屬粒子Ag或Au為核，以T12為殼層；金屬粒子Ag或Au的直徑為5?50nm，T12殼層的厚度為5?50nm。鈣鈦礦層為CH禪種13薄膜層，該薄膜的厚度為400?500nmo
[0033]實(shí)施例1:
[0034]本實(shí)施例中鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)的制備方法包括以下步驟:
[0035](I)先用洗滌劑清洗FTO導(dǎo)電玻璃襯底，然后將清洗后的FTO導(dǎo)電玻璃襯底浸入體積濃度為I %的聚二烯丙基二甲基氯化銨水溶液中，浸泡30min ;浸泡完畢后取出FTO導(dǎo)電玻璃襯底并用去離子水反復(fù)沖洗去除多余的聚二烯丙基二甲基氯化銨；
[0036](2)常溫下，將步驟(I)所得FTO導(dǎo)電玻璃襯底置于摩爾濃度為0.01M、溶劑為乙醇的AuOT12的納米溶液中，浸泡24h，浸泡完畢后取出陰極透明導(dǎo)電襯底并于50°C下干燥處理24h，置于無水環(huán)境中備用；此時(shí)，F(xiàn)TO導(dǎo)電玻璃襯底的表面即形成了一層T12包覆Au的核殼層，該T12包覆Au的核殼層即為電子傳輸層，如圖2所示；
[0037](3)先在Au的核殼層表面旋涂濃度為0.5mol/L的PbI2溶液，該溶液的溶劑為