一種修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于太陽能電池領域，具體涉及一種修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的方法。
【背景技術】
[0002]I丐鈦礦太陽能電池(perovskite solar cells)是一種有著染料敏化太陽能電池器件結構，以具有ABX3結構的有機-金屬鹵化物等作為核心光吸收、光電轉換、光生載流子輸運材料的電池。鈣鈦礦太陽能電池制備工藝簡單，具有優(yōu)異的光電轉換性能，因而有望成為具有高效率、低成本、全固態(tài)、柔性可穿戴等優(yōu)點的新一代太陽能電池。
[0003]鈣鈦礦太陽能電池主要采用一步旋涂法制備，即采用旋涂、退火的方法分別制備二氧化鈦致密層、二氧化鈦介孔層、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層，然后熱蒸鍍一層金或銀作為對電極得到。然而，該方法工藝簡單，在薄膜沉積過程中溶劑揮發(fā)快，溶液濃縮迅速，因此CH3NH3I與PbI2之間的反應速度非?？欤菀讓е律傻拟}鈦礦晶體大小不均勻，造成活性層具有較多的針孔。這些針孔的存在使得鈣鈦礦不能完全覆蓋基底，產生較大的漏電流;且對水和氧的穩(wěn)定性較差，封裝過程中容易被氧化，極大地影響其器件性能的可重復性，限制了電池的性能。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明針對【背景技術】存在的缺陷，提出了一種簡單的修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的方法。本發(fā)明通過對吸光層進行修飾，增大吸光層晶粒，降低吸光層孔隙率，從而有效提尚了 I丐欽礦太陽能電池的性能。
[0005]本發(fā)明的技術方案如下:
[0006]—種修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的方法，包括以下步驟:
[0007]步驟1:在襯底上制備空穴阻擋層；
[0008]步驟2:在步驟I得到的帶空穴阻擋層的襯底表面滴加吸光層前驅液，開始旋涂，待吸光層前驅液的溶劑揮發(fā)完后，滴加修飾液，繼續(xù)旋涂;所述修飾液為可溶解吸光層材料的有機溶劑和難溶解吸光層材料的有機溶劑的混合液，所述修飾液中難溶解吸光層材料的有機溶劑和可溶解吸光層材料的有機溶劑的體積比為:16?21，修飾液的總體積與吸光層前驅液的體積比為I?1.5;旋涂完成后，烘干，即可得到高覆蓋度、大晶粒、帶鏡面效果的吸光層薄膜。
[0009]進一步地，步驟I所述襯底為FTO玻璃、ITO玻璃、柔性ΙΤ0、ΡΕΝ(聚萘二甲酸乙二醇酉旨)等。
[0010]進一步地，步驟I所述空穴阻擋層材料為Ti02、Zn0、Zn2Sn04等。
[0011]進一步地，步驟I中空穴阻擋層上還可制備介孔層；介孔層材料為Ti02、Zn0、SiT13、Zr02、Zn2SnO4 等。
[0012]進一步地，所述可溶解吸光層材料的有機溶劑為N，N_二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)、γ -丁內酯(GBL)、N，N-二甲基乙酰胺(DMA)等;所述難溶解吸光層材料的有機溶劑為氯苯、二氯苯、二氯甲烷、甲苯等。
[0013]進一步地，步驟2中所述修飾液可以為氯苯和DMS0、氯苯和DMF、氯苯和GBL、氯苯和DMA、二氯甲烷和GBL、二氯甲烷和DMF、二氯甲烷和DMA、二氯甲烷和DMSO、甲苯和DMSO、甲苯和DMA、甲苯和DMF等。
[0014]—種采用上述方法修飾吸光層的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟:
[0015]步驟1:在襯底上制備空穴阻擋層；
[0016]步驟2:在步驟I得到的帶空穴阻擋層的襯底表面滴加吸光層前驅液，開始旋涂，待吸光層前驅液的溶劑揮發(fā)完后，滴加修飾液，繼續(xù)旋涂;所述修飾液為可溶解吸光層材料的有機溶劑和難溶解吸光層材料的有機溶劑的混合液，所述修飾液中難溶解吸光層材料的有機溶劑和可溶解吸光層材料的有機溶劑的體積比為:16?21，修飾液的總體積與吸光層前驅液的體積比為I?1.5;旋涂完成后，烘干，即可得到高覆蓋度、大晶粒、帶鏡面效果的吸光層薄膜；
[0017]步驟3:在步驟2處理后的吸光層上依次制備空穴傳輸層和對電極。
[0018]進一步地，步驟3所述空穴傳輸層材料為2，2’，7，7’_四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、PTAA等有機空穴傳輸材料，和Cu1、CuSCN、N1、CuInS2等無機空穴傳輸材料;所述對電極為金、銀、碳等。
[0019]本發(fā)明的有益效果為:
[0020]1、本發(fā)明在制備吸光層過程中，采用修飾液對吸光層進行修飾，即先讓鈣鈦礦層成膜，然后采用修飾液再溶解、再結晶，既增大了吸光層晶粒，使原來較小的顆粒長大并連成一片，又有效降低了吸光層孔隙率，同時避免了漏電流的產生，從而有效提高了鈣鈦礦太陽能電池的性能，為制備大面積器件提供了依據。
[0021]2、本發(fā)明制備鈣鈦礦太陽能電池的方法簡單，效率高，成本低，易實現(xiàn)工業(yè)化大規(guī)模生產，且得到的太陽能電池的性能有較大提升。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明實施例的鈣鈦礦太陽能電池的基本結構示意圖；其中:I為FTO玻璃，2為空穴阻擋層，3為介孔層，4為吸光層，5為空穴傳輸層，6為對電極；
[0023]圖2為本發(fā)明實施例的修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的關鍵操作步驟示意圖；其中，a為旋涂了吸光層CH3NH3PbI3前驅液的Ti02/FT0玻璃，b為采用氯苯和二甲基亞砜處理QfeMfePbL.吸光層，c為氯苯和二甲基亞砜處理后的吸光層，d為處理后的吸光層在加熱臺上退火；
[0024]圖3為實施例1和對比例I得到的鈣鈦礦太陽能電池的IV曲線對比圖；
[0025]圖4為實施例2和對比例2得到的鈣鈦礦太陽能電池的IV曲線對比圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和實施例，詳述本發(fā)明的技術方案。
[0027]一種修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的方法，包括以下步驟:
[0028]步驟1:在襯底上制備空穴阻擋層；
[0029]步驟2:在步驟I得到的帶空穴阻擋層的襯底表面滴加吸光層前驅液，靜置I?2min，然后以3000r/min的轉速旋涂5?7s，待吸光層前驅液溶劑揮發(fā)完后，滴加修飾液，繼續(xù)以3000r/min的轉速旋涂，所述修飾液為氯苯與二甲基亞砜的混合液，氯苯與二甲基亞砜的體積比為16?21，氯苯與二甲基亞砜的總體積與吸光層前驅液的體積比為I?1.5;旋涂完成后，在40?60°C下烘烤I?3min，再在100°C下烘烤lOmin，即可得到高覆蓋度、大晶粒、帶鏡面效果的吸光層薄膜。
[0030]進一步地，步驟I中空穴阻擋層上還可制備介孔層；介孔層材料為Ti02、Zn0、SiTi03、Zr02、ZmSnCU 等。
[0031]更具體地，一種修飾鈣鈦礦太陽能電池吸光層的方法，包括以下步驟:
[0032]步驟1:在FTO玻璃上制備二氧化鈦空穴阻擋層和二氧化鈦介孔層；
[0033]步驟2:在步驟I得到的帶二氧化鈦空穴阻擋層和二氧化鈦介孔層的FTO玻璃表面滴加10yL ImM的CH3NH3PbI3前驅液，靜置I?2min，以3000r/min的轉速旋涂5?7s;然后滴加10yL修飾液，所述修飾液為氯苯與二甲基亞砜的混合液，氯苯與二甲基亞砜的體積比為19:1;旋涂完成后，在40?60°(3下烘烤1?31^11，再在100°(3下烘烤101^11，即可得到高覆蓋度、大晶粒、帶鏡面效果的吸光層薄膜。
[0034]進一步地，步驟I所述二氧化鈦空穴阻擋層采用旋涂法制備，旋涂液為:0.15M二(乙酰丙酮基)鈦酸二異丙酯的丁醇溶液、鈦酸四丁酯的乙醇溶液、四氯化鈦水溶液等。
[0035]進一步地，步驟2所述CH3NH3PbI3前驅液為CH3NH3I(>99%，經過四次純化WPPbI2(99 % )以等摩爾比溶于ImL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，配成ImM的CH3NH3PbI3前驅液。
[0036]進一步地，步驟2所述的氯苯和二甲基亞砜純度均為99.8% 0
[0037]實施例1
[0038]以FTO為基底、二氧化鈦為空穴阻擋層、二氧化鈦為介孔層、CH3NH3PbI3為吸光層、Sp iro-OMeTAD為空穴傳輸層、金為對電極的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法:
[0039]步驟1:將FTO玻璃裁成2cmX2cm的大小，依次采用去離子水、丙酮和無水乙醇清洗表面，氮氣吹干待用；
[0040]步驟2:將103mg二(乙酰丙酮基)鈦酸二異丙酯加入100mg 1_丁醇中，攪拌30min，使其混合均勻，得到混合液A;
[0041 ]步驟3:在步驟I清洗后的FTO玻璃表面旋涂混合液A，在125°C下烘烤，然后在500°C下退火30min，得到二氧化鈦空穴阻擋層；
[0042]步驟4:將200mg二氧化鈦楽料加入700mg無水乙醇中，攪拌30min，使其混合均勾，
得到混合液B;
[0043]步驟5:在步驟3得到的帶二氧化鈦空穴阻擋層的FTO玻璃表面旋涂混合液B，在125°C下烘烤，并在500°C下退火30min，得到二氧化鈦介孔層；
[0044]步驟6:將461mgPbI2和 159mg CH3NH3I溶于ImL DMF中，勻速攪拌 12h，得到ImM的CH3NH3PbI3 前驅液;
[0045]步驟7:在步驟5得到的帶二氧化鈦空穴阻擋