一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池及制備方法。該鈣鈦礦太陽電池包括從上到下依次排布的陽極、空穴傳輸層、鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層、陰極和襯底，其中電子傳輸層為CdSe納米晶體制備而成的薄膜。相對于目前常用的電子傳輸層材料ZnO和TiO2，CdSe納米晶體具有較高的遷移率，且其能級與鈣鈦礦光敏層的能級良好地匹配，能夠?qū)⑩}鈦礦光敏層產(chǎn)生的電子有效地傳輸?shù)疥帢O，從而保證該太陽電池具有較高的光電能量轉(zhuǎn)換效率。另外，CdSe納米晶體的制備方法簡單易行，并可直接通過低溫的溶液加工法制備成膜，成本低，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】—種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池及制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種太陽電池及制備方法，尤其涉及一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池及制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油價格的大幅上漲和礦物資源的日益枯竭，太陽能由于其取之不盡、不受地域限制以及清潔安全等優(yōu)點越來越受到人們的重視?；诠馍蛐?yīng)將太陽能轉(zhuǎn)換為電能的太陽電池是利用太陽能的主要途徑之一。然而，目前商品化的太陽電池基本上采用硅或無機半導(dǎo)體作為光敏層材料，制備工藝復(fù)雜、成本高。另一方面，以有機半導(dǎo)體材料作為光敏層的太陽電池雖然具有可溶液加工、可得到大面積柔性器件、成本較低等優(yōu)點，但同時也存在著載流子遷移率低、光吸收范圍窄等缺陷，限制了其光電能量轉(zhuǎn)換效率的提高，距離產(chǎn)業(yè)化的要求還有一定的差距。近年來發(fā)現(xiàn)了一類新型太陽電池一以鈣鈦礦材料為光敏層的太陽電池，簡稱鈣鈦礦太陽電池，它集無機太陽電池的高光電能量轉(zhuǎn)換效率和有機太陽電池的易加工性與低成本等諸多優(yōu)勢于一身，受到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注，相關(guān)研究取得了重大進(jìn)展。目前，該類電池的光電能量轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)接近20% (NatureMaterial, 2014, advance online publicat1n),與商品化的無機太陽電池處于同一水平。
[0003]雖然鈣鈦礦太陽電池已經(jīng)取得了很高的光電能量轉(zhuǎn)換效率，但是為了提高電池的壽命和實現(xiàn)其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，也有很多問題亟待解決。目前，一些高效率的鈣鈦礦太陽電池都是將鈣鈦礦材料沉積在一層多孔金屬氧化物薄膜上，這層氧化物薄膜需要在450-550°C的高溫下燒結(jié)得到，高溫?zé)Y(jié)會大大提高產(chǎn)品的成本；同時得到的金屬氧化物支架和電極基底的相容性非常差，這就限制了電池效率的提升空間(Nature Photonics, 2013，7，487-492 )。此外，有研究表明目前一些廣泛應(yīng)用于鈣鈦礦太陽電池中作為電子傳輸層的金屬氧化物材料(例如T12)會在紫外光下發(fā)生一定程度的分解，而空氣中的水分也會使鈣鈦礦發(fā)生分解，以上這些過程都會非常顯著地縮短電池的壽命，不利于其實際應(yīng)用(NatureCommunicat1n, 2013, 4, 2285)。
[0004]牛津大學(xué)的Snaith教授開創(chuàng)性的設(shè)計了平面p_n結(jié)的鈣鈦礦太陽電池，并且取得了高達(dá)15%的光電能量轉(zhuǎn)換效率，但是他們采用了蒸鍍的方法制備作為光敏層的鈣鈦礦薄膜，其成本和能耗依然非常高(Nature, 2013, 501, 395-398)。在基于平面p_n結(jié)鈣鈦礦電池的基礎(chǔ)上，人們開始用濕化學(xué)法通過“一步法”或者“兩步法”制備鈣鈦礦薄膜，已經(jīng)可以穩(wěn)定的得到結(jié)晶性能好且晶相單一的鈣鈦礦薄膜。鈣鈦礦是一種光敏性非常好的材料，在光照下會生成很多載流子，因此必須尋求遷移率足夠高的材料將自由電子和空穴及時傳輸?shù)较鄳?yīng)的電極。目前雖然有人將ZnO、T12和PED0T:PSS (聚3，4_乙撐二氧噻吩/聚苯乙烯磺酸鹽)等材料用作電子/空穴傳輸層，但是得到的器件效率較理論值仍有差距。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池及制備方法，利用相對比ZnO、T12等材料具有更高遷移率的無機納米材料CdSeJf其應(yīng)用于鈣鈦礦太陽電池中，降低該類電池制備成本的同時獲得高光電能量轉(zhuǎn)換效率的太陽電池。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
一、一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池
包括從上到下依次排布的陽極、空穴傳輸層、I丐鈦礦光敏層、電子傳輸層、陰極和襯底，其特征在于:電子傳輸層為CdSe納米薄膜，由CdSe納米晶體制備而成。
[0007]所述的CdSe納米晶體是CdSe量子點,粒徑尺寸為4?7納米。
[0008]所述的CdSe納米薄膜的厚度為25?75納米。
[0009]所述的空穴傳輸層為包含有2，2’，7，7’_四[N，N_ 二(4_甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合物，厚度為100?300納米。
[0010]所述的陽極為銀，所述陰極為氧化銦錫，所述襯底為玻璃。
[0011]所述的鈣鈦礦光敏層中鈣鈦礦材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為CH3NH3PbI3。
[0012]二、一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，包括:
1)在玻璃作為襯底的氧化銦錫陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，旋涂后退火，制備得到CdSe納米薄膜的電子傳輸層，CdSe納米薄膜的厚度為25?75納米；
2)在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上旋涂CH3NH3I3和PbI2的混合溶液，旋涂后退火，得到鈣鈦礦光敏層，厚度為30(Γ800納米；
3)在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9，9’_螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，旋涂得到空穴傳輸層，厚度為10(Γ300納米；
4)在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池。
[0013]所述的CdSe納米晶體是CdSe量子點,粒徑尺寸為4?7納米。
[0014]所述的CdSe納米晶體溶液由CdSe納米晶體經(jīng)卩比唳表面處理,再加入溶劑得到，批啶和溶劑的體積比為1:9。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用的CdSe無機納米晶體具有優(yōu)異的電子遷移率(450-900 cm2 V—1 s—1)，其帶隙與鈣鈦礦材料的帶隙可以很好地匹配，使其能夠有效、及時地將鈣鈦礦光敏層產(chǎn)生的電子傳輸?shù)诫姌O，減少載流子的復(fù)合，從而可以制備得到高光電能量轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽電池。
[0016]合成的無機納米晶體可以直接進(jìn)行溶液加工，保證CdSe晶體具有良好的結(jié)晶性能的前提下同時擁有很好的成膜性，另外CdSe納米晶體的薄膜也有利于鈣鈦礦晶體在上面成核和生長，有利于得到高品質(zhì)的鈣鈦礦光敏層。
[0017]因此，該方法簡單易行，整個電池的制備過程可在低溫下(<150°C)完成，降低了生產(chǎn)成本,適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2是實施例f 10的CdSe量子點的透射電鏡照片。
[0020]圖3是實施例1、對比實施例13和對比實施例14的太陽電池在模擬太陽光照射下的電流-電壓(/-K)曲線。
[0021]圖中:1、陽極，2、空穴傳輸層，3、鈣鈦礦光敏層，4、電子傳輸層，5、陰極，6、襯底。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明的太陽電池，包括從上到下依次排布的陽極1、空穴傳輸層2、I丐鈦礦光敏層3、電子傳輸層4、陰極5和襯底6 ;電子傳輸層4) CdSe納米薄膜，由CMSe納米晶體制備而成。
[0024]CdSe納米薄膜由CdSe納米晶體經(jīng)吡啶進(jìn)行表面處理后旋涂、退火而成，優(yōu)選的CdSe納米晶體的形貌為CdSe量子點，其粒徑尺寸為4?7納米。
[0025]優(yōu)選的CdSe納米薄膜的厚度為25?75納米。
[0026]優(yōu)選的空穴傳輸層2為包含有2，2’，7，7’_四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’ -螺二芴(spiro-OMeTAD),4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰(L1-TFSH)組成的混合物，其優(yōu)選的摩爾比例為2:6:1，厚度為10(Γ300納米。
[0027]所述的陽極I為銀，所述陰極5為氧化銦錫(ΙΤ0)，所述襯底6為玻璃。
[0028]所述的鈣鈦礦光敏層3中鈣鈦礦材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為CH3NH3PbI315
[0029]本發(fā)明基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池的具體制備步驟為:
1)在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，旋涂后在120?160°C下退火10分鐘，制備得到CdSe納米薄膜的電子傳輸層，CdSe納米薄膜的厚度為25?75納米；
2)在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上旋涂CH3NH3I3和PbI2的混合溶液，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和退火時間得到厚度為30(Γ800納米的鈣鈦礦膜作為光敏層；
3)在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9，9’_螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋涂得到厚度為100^300納米的膜作為空穴傳輸層；
4)在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池。
[0030]優(yōu)選的CdSe納米晶體采用通過熱注射法合成的CdSe量子點。雖然不同CdSe納米晶體的尺寸很小，但是由于該類納米晶體源于CdSe這種本體材料，因此其遷移率等電學(xué)性能會優(yōu)于一些目前常用的電子傳輸層材料，諸如ZnO和Ti02。
[0031]優(yōu)選的CdSe納米晶體的形貌是量子點，粒徑尺寸為Γ7納米。
[0032]優(yōu)選的CdSe納米晶體溶液由CdSe納米晶體經(jīng)吡啶表面處理，再加入溶劑得到，批啶和溶劑的體積比為1:9。
[0033]優(yōu)選的CH3NH3I3和PbI2的混合溶液中的摩爾比為1: 1，溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40
Wt.%。
[0034]優(yōu)選地，CH3NH3I3和PbI2的混合溶液和CdSe納米晶體溶液的溶劑均采用氯苯。
[0035]優(yōu)選地，上述由2，2’，7，7’ -四[N, N- 二 (4_甲氧基苯基)氨基]_9，9’ -螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液的摩爾配比為2:6:1。
[0036]本發(fā)明的實施例如下:
實施例1:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm,圖2為其透射電鏡照片。
[0037]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0038]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0039]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線(圖3中CdSe對應(yīng)曲線)，從中得到開路電壓為0.99 V，短路電流密度為17.4 mA/cm2,填充因子為0.68，光電能量轉(zhuǎn)換效率為11.7%。
[0040]實施例2:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0041]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0042]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，100 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0043]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.7 mA/cm2，填充因子為0.50，光電能量轉(zhuǎn)換效率為7.9%。
[0044]實施例3: 通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0045]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0046]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，120 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0047]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95V，短路電流密度為18.3 mA/cm2，填充因子為0.56，光電能量轉(zhuǎn)換效率為9.7%。
[0048]實施例4:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0049]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0050]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，160 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0051]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.96 V，短路電流密度為16.7 mA/cm2，填充因子為0.56，光電能量轉(zhuǎn)換效率為9.0%。
[0052]實施例5:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0053]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0054]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，得到厚度為25納米的CdSe，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N, N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9, 9’ -螺二荷、4-叔丁基批啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0055]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.5 mA/cm2，填充因子為0.46，光電能量轉(zhuǎn)換效率為7.3%。
[0056]實施例6:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0057]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0058]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂3次后得到厚度為75納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0059]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.2 mA/cm2，填充因子為0.47，光電能量轉(zhuǎn)換效率為7.3%。
[0060]實施例7:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0061]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0062]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以3000rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到300納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0063]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.9 mA/cm2，填充因子為0.53，光電能量轉(zhuǎn)換效率為8.5%。
[0064]實施例8:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0065]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0066]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以100rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到800納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0067]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.1 mA/cm2，填充因子為0.51，光電能量轉(zhuǎn)換效率為7.8%。
[0068]實施例9:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0069]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0070]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為3000rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為100納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0071]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.8 mA/cm2，填充因子為0.52，光電能量轉(zhuǎn)換效率為8.3%。
[0072]實施例10:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為6.7nm，如圖2所示。
[0073]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0074]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為lOOOrpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為300納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0075]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.96 V，短路電流密度為16.5 mA/cm2，填充因子為0.58，光電能量轉(zhuǎn)換效率為9.2%。
[0076]實施例11:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為4nm。
[0077]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0078]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0079]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為0.95 V，短路電流密度為16.2 mA/cm2，填充因子為0.67，光電能量轉(zhuǎn)換效率為10.3%。
[0080]實施例12:
通過熱注射法制備CdSe量子點，其平均粒徑為7nm。
[0081]將35 mg CdSe量子點溶于I ml氯苯和吡啶的混合溶劑中配成溶液。
[0082]將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(IT0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，以2000rpm (轉(zhuǎn)/分鐘)的轉(zhuǎn)速旋涂40秒，以上述條件旋涂2次后得到厚度為50納米的CdSe薄膜，140 0C退火10分鐘；接著，在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0083]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線，從中得到開路電壓為1.03 V，短路電流密度為16.1 mA/cm2，填充因子為0.67，光電能量轉(zhuǎn)換效率為11.1%。
[0084]現(xiàn)有技術(shù)的對比實施例13:
將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上用溶膠-凝膠法制備一層氧化鋅(ZnO)膜作為電子傳輸層；接著，在ZnO納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0085]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線(圖3中ZnO對應(yīng)曲線)，從中得到開路電壓為0.58 V，短路電流密度為13.35 mA/cm2,填充因子為0.31，光電能量轉(zhuǎn)換效率為2.38%。
[0086]現(xiàn)有技術(shù)的對比實施例14:
將表面刻蝕有條狀氧化銦錫(ΙΤ0，陰極)的透明導(dǎo)電玻璃依次用洗潔精水溶液、去離子水、丙酮和異丙醇超聲振蕩15分鐘后，烘干，再用氧等離子體處理15分鐘；然后在玻璃作為襯底的氧化銦錫(ITO)陰極上用濕化學(xué)法制備一層氧化鈦(T12)膜作為電子傳輸層；接著，在T12納米薄膜的電子傳輸層上以2500rpm的轉(zhuǎn)速旋涂CH3NH3I3/PbI2的混合溶液，其摩爾配比為1:1，旋涂40秒后在90°C下退火30分鐘后得到500納米的鈣鈦礦薄膜，作為鈣鈦礦光敏層；在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’ -四[N，N- 二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，其摩爾配比為2:6:1，轉(zhuǎn)速為2500rpm，旋涂時間為40秒，得到厚度為200納米的空穴傳輸層；在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀，作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池，其電池結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0087]在光照強度為100 mW/cm2的AMl.5模擬太陽光照射下，測試該器件的電流一電壓曲線(圖3中1102對應(yīng)曲線)，從中得到開路電壓為0.85 V，短路電流密度為16.04 mA/cm2,填充因子為0.34，光電能量轉(zhuǎn)換效率為4.65%。
[0088]由此可看出，本發(fā)明通過具體實驗研究，發(fā)現(xiàn)將高遷移率無機納米晶體CdSe應(yīng)用于鈣鈦礦太陽電池中作為電子傳輸層后，該類鈣鈦礦太陽電池的效率高于現(xiàn)有的基于濕法制備的以ZnO和T12作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池。從實施例的數(shù)據(jù)看出，基于高遷移率無機納米晶體CdSe的鈣鈦礦太陽電池的開路電壓、短路電流和填充因子均高于現(xiàn)有的基于濕法制備的ZnO和T12作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽電池；上述參數(shù)對應(yīng)的數(shù)值越高，表明太陽電池的光電轉(zhuǎn)換能力越強?？傊?，由于CdSe無機納米晶相對于濕法制備的ZnO和T12具有更高的電子遷移率，能夠有效、及時地將鈣鈦礦光敏層產(chǎn)生的電子傳輸?shù)诫姌O，減少載流子的復(fù)合，從而可以制備得到高光電轉(zhuǎn)換效率的鈣鈦礦太陽電池。因此，本發(fā)明提出的將無機納米晶CdSe應(yīng)用于鈣鈦礦太陽電池作為電子傳輸層是一種非常有效且有應(yīng)用前景的方法。
[0089]上述具體實施例用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池，包括從上到下依次排布的陽極(I)、空穴傳輸層(2)、I丐鈦礦光敏層(3)、電子傳輸層(4)、陰極(5)和襯底(6),其特征在于:電子傳輸層(4)為CdSe納米薄膜，由CdSe納米晶體制備而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于:所述的CdSe納米晶體是CdSe量子點,粒徑尺寸為4?7納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于:所述的CdSe納米薄膜的厚度為25?75納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于:所述的空穴傳輸層(2)為包含有2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9，9’_螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合物，厚度為10(Γ300納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于:所述的陽極(I)為銀，所述陰極(5)為氧化銦錫，所述襯底(6)為玻璃。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池，其特征在于:所述的鈣鈦礦光敏層(3)中鈣鈦礦材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為CH3NH3PbI315
7.用于制備根據(jù)權(quán)利要求1?6任一所述電池的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于具體制備步驟為: 1)在玻璃作為襯底的氧化銦錫陰極上旋涂CdSe納米晶體溶液，旋涂后退火，制備得到CdSe納米薄膜的電子傳輸層，CdSe納米薄膜的厚度為25?75納米； 2)在CdSe納米薄膜的電子傳輸層上旋涂CH3NH3I3和PbI2的混合溶液，旋涂后退火，得到鈣鈦礦光敏層，厚度為30(Γ800納米； 3)在鈣鈦礦光敏層上旋涂由2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9，9’-螺二芴、4-叔丁基吡啶和雙(三氟甲磺酰亞胺)鋰組成的混合溶液，旋涂得到空穴傳輸層，厚度為10(Γ300納米； 4)在空穴傳輸層上真空蒸鍍銀作為陽極，陽極的厚度為100納米，由此制備得到鈣鈦礦太陽電池。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于所述的CdSe納米晶體是CdSe量子點，粒徑尺寸為4?7納米。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于CdSe納米晶體的鈣鈦礦太陽電池的制備方法，其特征在于:所述的CdSe納米晶體溶液由CdSe納米晶體經(jīng)吡啶表面處理，再加入溶劑得到，吡啶和溶劑的體積比為1:9。
【文檔編號】H01L31/0264GK104167453SQ201410379067
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月4日
【發(fā)明者】陳紅征, 王玲, 傅偉飛, 施敏敏, 顧卓偉, 范聰成, 楊曦, 李寒瑩 申請人:浙江大學(xué)