一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，包括襯底、電子傳輸層、界面修飾層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和對(duì)電極，其中所述界面修飾層采用的修飾材料為銫鹽，所述鈣鈦礦光吸收層采用氣相輔助溶液法制備。本發(fā)明還公開(kāi)了該高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法。該太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好，且制備方法簡(jiǎn)單，成本低，能夠進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
:
[0001]本發(fā)明涉及電池技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
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[0002]隨著人類(lèi)對(duì)能源需求的大幅增長(zhǎng)和化石能源造成的嚴(yán)重環(huán)境污染，以及化石能源的不斷枯竭，能源問(wèn)題已成為全人類(lèi)面臨的問(wèn)題。太陽(yáng)能是一種清潔、安全且取之不盡的能源，有效利用太陽(yáng)能對(duì)緩解能源危機(jī)和保護(hù)環(huán)境，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。
[0003]鈣鈦礦型太陽(yáng)能電池以其低成本、制備工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)受到全世界科學(xué)研究者的廣泛關(guān)注，成為最具潛力的可再生能源之一。但是鈣鈦礦薄膜太陽(yáng)能電池由于其薄膜厚度、材料特性以及制備工藝的限制，其厚度通常在幾百納米左右，在一定程度上制約了其對(duì)可見(jiàn)光的吸收，影響其電流密度的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是提供一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，該太陽(yáng)能電池的鈣鈦礦光吸收層晶界少、表面粗糙度小，質(zhì)量高，制得的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好。
[0005]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供該高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0007]—種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括襯底、電子傳輸層、界面修飾層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和對(duì)電極，其中所述界面修飾層采用的修飾材料為銫鹽，所述鈣鈦礦光吸收層采用氣相輔助溶液法制備。
[0008]一種尚性能f丐欽礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0009](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底10-15min，然后烘干待用；
[0010](2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到電子傳輸層；
[0011](3)在電子傳輸層上旋涂銫鹽溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為1000-3000rpm，然后在50-60°C下加熱10-20min，得到界面修飾層；
[0012](4)將PbX2前驅(qū)體溶液旋涂在界面修飾層上，然后在70-100°C下加熱10_25min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10-20KPa，溫度為150-170°C下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbX2薄膜反應(yīng)50-120min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在150-170°(:下干燥15-301^11，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0013](5)將空穴傳輸材料旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為3000-4000rpm，得到空穴傳輸層；
[0014](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍金屬材料作為對(duì)電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
[0015]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(2)中，所述電子傳輸層的厚度為30-50nm。
[0016]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(3)中，所述銫鹽溶液中的銫鹽選自下列中的一種或多種:碳酸銫、醋酸銫、碘化銫或氯化銫，溶劑為醇類(lèi)試劑。
[0017]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(4)中，所述PbX2前驅(qū)體溶液的溶劑為N，N_二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、γ -丁內(nèi)酯、N，N-二甲基乙酰胺中的一種，所述PbX2前驅(qū)體溶液中PbX2的濃度為400-500mg/mL。
[0018]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(5)中，所述空穴傳輸層材料為P3HT、PCPDTBT、PCDTBT、PTAA、TPD、PD 1、PCBM中的一種。
[00?9 ]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(6)中，所述金屬材料為Au、Ag中的一種。
[0020]作為上述技術(shù)方案的優(yōu)選，步驟(6)中，所述對(duì)電極的厚度為60-100nm。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]本發(fā)明采用氣相輔助溶液法制備鈣鈦礦光吸收層，并合理控制工藝條件，制得的鈣鈦礦薄膜無(wú)針孔、晶粒大、晶界少、表面粗糙度小，同時(shí)對(duì)鈣鈦礦層和電子傳輸層的界面采用銫鹽修飾，大大提高了電子和空穴的傳輸速率，提高了鈣鈦礦光吸收層的質(zhì)量，制得的太陽(yáng)能電池光電轉(zhuǎn)換效率高，穩(wěn)定性好。
【具體實(shí)施方式】
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[0023]為了更好的理解本發(fā)明，下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明，實(shí)施例只用于解釋本發(fā)明，不會(huì)對(duì)本發(fā)明構(gòu)成任何的限定。
[0024]實(shí)施例1
[0025]—種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0026](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底lOmin，然后烘干待用；
[0027](2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到厚度為30nm的電子傳輸層；
[0028](3)在電子傳輸層上旋涂碳酸銫溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為100rpm，然后在50-60 V下加熱1min，得到界面修飾層；
[0029](4)將濃度為400mg/mL的PbU9N，N-二甲基甲酰胺溶液旋涂在界面修飾層上，然后在70°C下加熱lOmin，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10-20KPa，溫度為150 V下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbI2薄膜反應(yīng)50min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在150°C下干燥15min，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0030](5)將P3HT溶液旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為3000rpm，得到空穴傳輸層；
[0031](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍60nm厚的金電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
[0032]實(shí)施例2
[0033]—種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0034](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底15min，然后烘干待用；
[0035](2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到厚度為50nm的電子傳輸層；
[0036](3)在電子傳輸層上旋涂醋酸銫溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為3000rpm，然后在50-60 V下加熱20min，得到界面修飾層；
[0037](4)將濃度為500mg/mL的PbI2的二甲基亞砜溶液旋涂在界面修飾層上，然后在100°C下加熱25min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10_20KPa，溫度為170°C下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbI2薄膜反應(yīng)120min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在170 V下干燥30min，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0038](5)將PCBM溶液旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為4000rpm，得到空穴傳輸層；
[0039](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍10nm厚的銀電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
[0040]實(shí)施例3
[0041 ] 一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0042](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底llmin，然后烘干待用；
[0043](2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到厚度為35nm的電子傳輸層；
[0044](3)在電子傳輸層上旋涂醋酸銫溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為1500rpm，然后在50-60 V下加熱12min，得到界面修飾層；
[0045](4)將濃度為420mg/mL的PbBr2的N，N-二甲基甲酰胺溶液旋涂在界面修飾層上，然后在80°C下加熱15min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10-20KPa，溫度為155 V下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbBr2薄膜反應(yīng)70min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在155°C下干燥20min，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0046](5)將PCPDTBT溶液旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為3500rpm，得到空穴傳輸層;
[0047](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍70nm厚的金電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
[0048]實(shí)施例4
[0049]—種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0050](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底12min，然后烘干待用；
[0051 ] (2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到厚度為40nm的電子傳輸層；
[0052](3)在電子傳輸層上旋涂碘化銫溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為2000rpm，然后在50-60 V下加熱14min，得到界面修飾層；
[0053](4)將濃度為440mg/mL的PbBr2的二甲基亞砜溶液旋涂在界面修飾層上，然后在85°C下加熱20min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10_20KPa，溫度為160°C下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbBr2薄膜反應(yīng)SOmin，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在160 V下干燥25min，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0054](5)將PCDTBT溶液旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為3000pm，得到空穴傳輸層；
[0055](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍80nm厚的銀電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
[0056]實(shí)施例5
[0057]一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0058](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底13min，然后烘干待用；
[0059](2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到厚度為45nm的電子傳輸層；
[0060](3)在電子傳輸層上旋涂碘化銫溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為2500rpm，然后在50-60 V下加熱16min，得到界面修飾層；
[0061 ] (4)將濃度為460mg/mL的PbBr2的γ -丁內(nèi)酯溶液旋涂在界面修飾層上，然后在90°C下加熱25min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10_20KPa，溫度為165°C下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbBr2薄膜反應(yīng)90min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在165 °C下干燥25min，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0062](5)將PTAA溶液旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為3500rpm，得到空穴傳輸層；
[0063](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍90nm厚的金電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
[0064]實(shí)施例6
[0065]—種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0066](I)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底14min，然后烘干待用；
[0067](2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到厚度為50nm的電子傳輸層；
[0068](3)在電子傳輸層上旋涂氯化銫溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為3000pm，然后在50-60°C下加熱18min，得到界面修飾層；
[0069](4)將濃度為480mg/mL的PbCl2的N，N-二甲基乙酰胺溶液旋涂在界面修飾層上，然后在95°C下加熱25min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10-20KPa，溫度為170 V下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbCl2薄膜反應(yīng)I 1min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在170°C下干燥30min，得到鈣鈦礦光吸收層；
[0070](5)將TPD溶液旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為4000rpm，得到空穴傳輸層；
[0071](6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍95nm厚的銀電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦太陽(yáng)能電池包括襯底、電子傳輸層、界面修飾層、鈣鈦礦吸收層、空穴傳輸層和對(duì)電極，其中所述界面修飾層采用的修飾材料為銫鹽，所述鈣鈦礦光吸收層采用氣相輔助溶液法制備。2.如權(quán)利要求1所述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)使用丙酮、乙醇、去離子水分別超聲FTO襯底10-15min，然后烘干待用； (2)將(6，6)_苯基-C61-丁酸甲酯旋涂到干凈的FTO襯底上，得到電子傳輸層； (3)在電子傳輸層上旋涂銫鹽溶液，旋涂的轉(zhuǎn)速為1000-3000rpm，然后在50-60°C下加熱10-20min，得到界面修飾層； (4)將PbX2前驅(qū)體溶液旋涂在界面修飾層上，然后在70-100°C下加熱10_25min，自然冷卻后與碘化物粉末一起置于真空干燥箱內(nèi)，在壓強(qiáng)為10_20KPa，溫度為150-170°C下，加熱碘化物粉末，蒸發(fā)后與PbX2薄膜反應(yīng)50-120min，生成鈣鈦礦，自然冷卻后用異丙醇進(jìn)行清洗，最后在150-170°C下干燥15-30min，得到鈣鈦礦光吸收層； (5)將空穴傳輸材料旋涂到鈣鈦礦光吸收層上，旋涂的速度為3000-4000rpm，得到空穴傳輸層； (6)在真空條件下，在空穴傳輸層上蒸鍍金屬材料作為對(duì)電極，獲得高性能太陽(yáng)能電池。3.如權(quán)利要求2述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述電子傳輸層的厚度為30-50nmo4.如權(quán)利要求2所述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，所述銫鹽溶液中的銫鹽選自下列中的一種或多種:碳酸銫、醋酸銫、碘化銫或氯化銫，溶劑為醇類(lèi)試劑。5.如權(quán)利要求2所述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，步驟(4)中，所述PbX2前驅(qū)體溶液的溶劑為N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、γ-丁內(nèi)酯、N，N-二甲基乙酰胺中的一種，所述PbX2前驅(qū)體溶液中PbX2的濃度為400-500mg/mL。6.如權(quán)利要求2所述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，所述空穴傳輸層材料為P3HT、PCPDTBT、PCDTBT、PTAA、TPD、PD1、PCBM中的一種。7.如權(quán)利要求2所述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，所述金屬材料為Au、Ag中的一種。8.如權(quán)利要求2所述的一種高性能鈣鈦礦太陽(yáng)能電池的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，所述對(duì)電極的厚度為60-100nmo
【文檔編號(hào)】H01L51/48GK105826477SQ201610318590
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2016年5月12日
【發(fā)明人】王文慶
【申請(qǐng)人】東莞市聯(lián)洲知識(shí)產(chǎn)權(quán)運(yùn)營(yíng)管理有限公司