一種氧化銦電子傳輸層平面鈣鈦礦光伏電池及其制備方法【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及一種氧化銦電子傳輸層平面鈣鈦礦光伏電池及其制備方法，屬于光電子材料與器件領(lǐng)域。【
背景技術(shù)：
】[0002]能源技術(shù)是當(dāng)今人類社會進步的動力，對社會發(fā)展起著巨大的推動作用，因此，人們對能源有著廣泛的關(guān)注。目前，不可再生的化石燃料仍然是能源的主體來源，化石燃料是上億年甚至更長的時間演變而來，經(jīng)過人類持續(xù)過度地使用，已經(jīng)出現(xiàn)化石燃料的能源危機，而且燃燒化石燃料的過程中會產(chǎn)生大量造成溫室效應(yīng)的氣體以及造成空氣污染的粉塵，廣泛地影響人類的健康。因此，發(fā)展可再生能源成為有效解決能源問題的最實際的方法之一?；谀壳暗那闆r，人類開始重視“可持續(xù)發(fā)展”，對新能源的探索廣泛開展。目前，太陽能、風(fēng)能、生物能等新能源領(lǐng)域得到了大量的關(guān)注和大力的支持。在新興的新能源中，太陽能是非常具有發(fā)展?jié)摿Φ哪茉?，太陽能的能量巨大，可以說是無限制的，而且，太陽能是清潔能源，就目前的技術(shù)而言，有著可靠的安全保障。光生伏特效應(yīng)可以將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為易于存儲的電能，有望有效解決能源問題。[0003]最新發(fā)現(xiàn)的鈣鈦礦電池近年來發(fā)展迅速，由于具有很高的光電轉(zhuǎn)化效率，在國內(nèi)外引起了空前巨大的研究熱潮，并且已經(jīng)取得了很多的研究成果。鈣鈦礦吸光材料具有高的載流子迀移率、較窄的帶隙、溶液法制備以及高的吸收系數(shù)，所以鈣鈦礦電池可以獲得高的短路電池、開路電壓和填充因子。目前文獻報道最高的鈣鈦礦電池效率是由國外Seok等人發(fā)表在國際頂尖Science雜志上的關(guān)于鈣鈦礦光伏電池的界面工程方面的研究，取得了認證的20.1%的驚人效率(WoonSeokYang,JunHongNoh,NamJoongJeon,YoungChanKim,SeungchanRyu,JangwonSeo,SangIISeok.High-performancephotovoltaicperovskitelayersfabricatedthroughintramolecularexchange.Science2015，348，1234-1237.)。另一方面國內(nèi)由ChenWei等人報道了一種大面積鈣鈦礦電池，光電轉(zhuǎn)換效率超過15%，在全印刷工業(yè)化制備工藝上有很大的應(yīng)用前景，相關(guān)工作在國際上取得了巨大的影響力(WeiChen,Yongzhenffu,YoufengYue,JianLiu,WenjunZhang,XudongYang,HanChen,EnbingBi,IslamAshraful,MichaelGratzel,LiyuanHan.Efficientandstablelarge—areaperovskitesolarcellswithinorganicchargeextract1nlayers.Science2015,350,944-948.)。[0004]I丐鈦礦光伏電池的電子傳輸層可分為有機和無機兩大類，大部分無機電子傳輸層需高溫?zé)Y(jié)，而有機電子傳輸層不夠穩(wěn)定，對環(huán)境不友好且價格昂貴?，F(xiàn)今鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已經(jīng)達到了工業(yè)化的要求，但是在制備工藝、成本和穩(wěn)定性方面還有很多問題需要解決。因此針對鈣鈦礦太陽能電池的工業(yè)化應(yīng)用要求，若能找到一種無需高溫?zé)Y(jié)，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，對環(huán)境友好的電子傳輸層，對電池的發(fā)展具有重要的意義?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0005]本發(fā)明針對傳統(tǒng)鈣鈦礦光伏電池的電子傳輸層制備工藝復(fù)雜，成本高的問題，提供了一種可以低溫制備、成本低廉的氧化銦電子傳輸層平面鈣鈦礦光伏電池及其制備方法。[0006]本發(fā)明的氧化銦電子傳輸層的平面鈣鈦礦光伏電池，包括透明導(dǎo)電襯底、電子傳輸層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和金屬電極;所述電子傳輸層是氧化銦薄膜。[0007]所述氧化銦薄膜是由低溫溶液法制備出的。[0008]所述透明導(dǎo)電襯底為ΙΤ0或FT0透明導(dǎo)電玻璃襯底或柔性透明導(dǎo)電襯底。[0009]所述鈣鈦礦吸光層為CH3NH3PbI3。[0010]上述的鈣鈦礦太陽能電池，所述的空穴傳輸層是6811^的2，2’，7，7’-四[1^二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴，26mM的雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰和55mM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。[0011]所述的金屬電極為金電極。[0012]本發(fā)明所提供的鈣鈦礦薄膜光伏電池的制備方法，包括如下步驟:(1)先將透明導(dǎo)電襯底采用半導(dǎo)體工藝清洗，用氮氣吹干；(2)在透明導(dǎo)電襯底上制備Ιη2θ3電子傳輸層；(3)制備鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層覆蓋在電子傳輸層上；(4)將事先配好的空穴傳輸層溶液通過旋涂法在吸光層上形成一層空穴傳輸層；(5)再在空穴傳輸層上蒸發(fā)制備金屬電極。[0013]所述的Ιη203電子傳輸層的制備方法，包括如下步驟:(1)將0.05mol/L至0.25mol/L的In(N03)3.4.5H20乙醇溶液攪拌三十分鐘；(2)將配好的Ιη(Ν03)3.4.5H20乙醇溶液用甩膠機均勻的旋涂在導(dǎo)電襯底上；(3)將甩好的電子傳輸層200-500攝氏度條件下退火四十分鐘。[0014]鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層的制備方法，包括如下步驟:(1)將1mol/L的Pbl2溶解在二甲基甲酰胺里，75攝氏度下攪拌24小時；(2)將Pbl2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攝氏度退火四十分鐘；(3)把甩有Pbl2的樣品放在10mg/L的CH3NH3I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攝氏度退火四十分鐘。[0015]本發(fā)明可以通過室溫制備溶液、旋涂成膜，200°C低溫退火的方法制備出一種新型電子傳輸層，再制備高效率鈣鈦礦薄膜電池。器件具有很好光電轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性能，克服了現(xiàn)有的鈣鈦礦薄膜光伏電池需要傳統(tǒng)高溫制備Ti02電子傳輸層且制備工藝復(fù)雜和成本高等問題。[0016]本發(fā)明的有益效果是:1)用工藝簡單、可低溫制備的Ιη203薄膜做鈣鈦礦薄膜光伏電池的電子傳輸層取代傳統(tǒng)的需要高溫?zé)Y(jié)的Ti02薄膜，這很大的降低了鈣鈦礦太陽能的制作成本;2)這種基于Ιη203薄膜作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池取得了較高的光電轉(zhuǎn)化效率(12.13%)，其效率可以與基于ΖηΟ和Ti02薄膜作為電子傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的效率相比美，有很大的應(yīng)用發(fā)展?jié)摿Γ?)In203相對于Ti02，具有更高的迀移率(約20cm2V—h—1)，更大的禁帶寬度(約3.75eV)，并且具有光學(xué)增透效果，十分有助于更多的光被鈣鈦礦層吸收，由此來提高太陽能電池的性能;4)In203相對于ZnO，除了有更大的禁帶寬度和增透效果外，比低溫做出的ZnO電子傳輸層更耐酸堿，具有更高的化學(xué)穩(wěn)定性;5)這種高效率的鈣伏礦電池器件的制備工藝簡單、成本低和可重性高所以有利于將來鈣鈦礦太陽能電池的大面積化生產(chǎn)，具有很大的工業(yè)應(yīng)用前景。【附圖說明】[0017]圖1是鈣鈦礦薄膜太陽能電池的器件結(jié)構(gòu)圖，其中1-FT0，2_電子傳輸層，3-鈣鈦礦吸光層，4-空穴傳輸層，5-金屬電極。[0018]圖2是實施例1制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0019]圖3是實施例2制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0020]圖4是實施例3制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0021]圖5是實施例4制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0022]圖6是實施例5制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0023]圖7是實施例6制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0024]圖8是實施例7制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0025]圖9是實施例8制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0026]圖10是實施例9制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0027]圖11實施例10制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。[0028]圖12實施例11制得鈣鈦礦薄膜太陽能電池在一個模擬太陽光下的電流密度-電壓曲線圖。【具體實施方式】[0029]實施例1:1)清洗。試驗中要先對FT0導(dǎo)電玻璃襯底進行清洗、吹干。將尺寸大小合適的FT0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。[0030]2)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。鈣鈦礦溶液的配置:將1M的Pbl2溶解在二甲基甲酰胺里，75攝氏度下攪拌24小時。再用勻膠機將Pbl2溶液旋涂在FT0導(dǎo)電玻璃襯底上，再70攝氏度退火40分鐘。把旋涂有Pbl2的樣品放在10mg/L的CH3NH3I異丙醇溶液中浸泡10分鐘；最后用異丙醇漂洗樣品，用氮氣吹干，70攝氏度退火40分鐘。[0031]3)空穴傳輸層制備。用勻膠機在鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層上旋涂一層空穴傳輸層溶液(6811^的2，2’，7，7’-四[11二(4-甲氧基苯基)氨基]-9，9’-螺二芴，26mM的雙三氟甲基磺酸亞酰胺鋰和55mM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)。[0032]4)電極制備。把旋涂好空穴傳輸層的樣品放在真空蒸發(fā)設(shè)備里通過熱蒸發(fā)工藝蒸發(fā)一層金薄膜電極。[0033]5)測試。在AM1.5，活性層有效面積為0.09cm2的條件下對電池進行測試。其J-V曲線如圖2所示。這種無電子傳輸層的電池所獲得的光電轉(zhuǎn)換參數(shù)為，開路電壓0.99V，短路電流密度10.64mA/cm2，填充因子42.14%，轉(zhuǎn)換效率4.44%。[0034]實施例2:1)導(dǎo)電襯底清洗。同實施例1。[0035]2)Ti02電子傳輸層制備。取70mL無水乙醇，然后向其中加入1.9mL的二乙醇胺，再加熱40°C并持續(xù)攪拌30分鐘，再加入9mL的鈦酸丁酯保持40°C攪拌40分鐘，再加入20mL的無水乙醇，保持40°C攪拌40分鐘。靜置24個小時得到無色透明澄清的Ti02致密層溶液。將致密層溶液通過甩膠機均勻的旋涂在干凈的FT0導(dǎo)電玻璃襯底上，最后再550攝氏度燒結(jié)三十分鐘。[0036]3)鈣鈦礦CH3NH3PbI3吸光層制備。同實施例1。[0037]4)空穴傳輸層制備。同實施例1。[0038]5)電極制備。同實施例1。[0039]6)測試，同實施例1。其J-V曲線如圖3所示。獲得的光電轉(zhuǎn)換效率參數(shù)為，開路電壓1.01V，短路電流密度18.96mA/cm2，填充因子44.46%，轉(zhuǎn)換效率8.51%。[0040]實施例3:1)導(dǎo)電襯底清洗。同實施例1。[00當(dāng)前第1頁1 2