一种在钙钛矿层中掺入硫化镉的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种在钙钛矿层中掺入硫化镉 的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着环境污染和能源危机的不断加剧，人类急需寻找一种新的清洁能源如太阳 能、地热能、风能、海洋能、生物质能和核聚变能等。而太阳能在这些新能源当中又是最具有 发展潜力的新型能源。太阳能清洁干净无污染，其储量巨大，取之不尽，用之不竭，具有很好 的应用前景。将太阳能转换为电能是解决环境污染和能源危机的重要途径之一，因此太阳 能电池的发展就备受人们的关注，近些年来以钙钛矿为吸光材料的新型太阳能电池发展迅 猛，转化效率不断地提升，受到了越来越多的科研工作者的关注，并且钙钛矿这种材料比较 容易制备，这种电池的组装过程也比较廉价，所以具有较大的商业应用前景。
【发明内容】
[0003] 为解决现有技术的不足，本发明提供了一种在钙钛矿层中掺入硫化镉的钙钛矿太 阳能电池及其制备方法。
[0004] -种在钙钛矿层中掺入硫化镉的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
[0005] 1)将ITO基底依次用去离子水、无水乙醇、丙酮进行超声清洗，然后将ITO基底用 氮气吹干，得到ITO基底层。
[0006] 2)在氮气保护下将CuInS2前驱体溶液在步骤1)得到的ITO基底层上进行旋涂， 旋涂后进行烘烤处理，得到ITO/CuInSjl。
[0007] 优选的，在氮气保护下将CuInS2前驱体溶液在步骤1)得到的ITO基底层上旋涂 1~3次，转速1000~3000rpm，时间10~50s，每次旋涂后在氮气气氛下依次在145~ 155°C和240~260°C下各烘烤5~10分钟，得到ITO/CuInSjl。
[0008] 具体的，CuInS2前驱体溶液的配制方法如下：在氮气保护下，将每0. 08~ 0. 1 2mmo1的In (OAc)3、0. 4~0. 6mmol的硫脈、和30~50 μ L的丙酸溶解到0. 4~0. 8mL 的丁胺中，并进行超声分散，形成均质溶液，再加入〇. 09~0. 13mmol的Cul，得到<：111]152前 驱体溶液。
[0009] 3)在步骤2)得到的ITO/CuInSjl上旋涂Al 203的异丙醇分散液，旋涂后进行烘烤 处理，得到 IT0/CuInS2/Al203层。
[0010] 优选的，步骤3)中，在步骤2)得到的ITO/CuInSjl上旋涂Al2O 3的异丙醇分散液， 转速2200rpm~2800rpm，旋涂时间20~40s，之后在80~120°C的温度条件下烘烤5~ 10 分钟，得到 IT0/CuInS2/Al203层。
[0011] 具体的，所述Al2O3的异丙醇分散液为γ型纳米氧化铝的异丙醇的分散液，其中， 氧化铝的固含量为20%~25%，纳米氧化铝粒子的粒径为10~30纳米。
[0012] 4)在步骤3)得到的IT0/CuInS2/Al20 3层上旋涂CdS: CH 3順种13的混合前驱体溶 液，旋涂后进行烘烤处理，得到IT0/CuInS 2/Al203/CdS: CH3NH3PbI3层。
[0013] 优选的，将步骤3)得到的IT0/CuInS2/Al20 3层在氮气的保护下以1500rpm~ 2000rpm的转速旋涂CdS: CH3NH3PbIj^g合前驱体溶液，旋涂时间为10~20s，之后在80~ 90°C的温度条件下烘烤 0. 5 ~2 小时，得到 IT0/CuInS2/Al203/CdS:CH 3NH3PbIJl。
[0014] 更优选的，CdS = CH3NH3PbIj^g合前驱体溶液的配制方法为：将每0. 9~I. Immol 的CH3NH3I和0· 9~I. Immol的PbI2加入到0· 9~I. Iml的DMF中搅拌12~36h，得到钙 钛矿的前驱体溶液，之后再加入0. 09~0.1 lmmol的CdCljP 0. 28~0. 32mmol的硫脲的 粉体，得到所述的CdS:CH3NH3PbI^混合前驱体溶液。
[0015] 5)在步骤 4)得到的 IT0/CuInS2/Al203/CdS+CH3NH 3PbIJ!上旋涂一层 PCBM 层，旋 涂后进行烘烤处理，得到 IT0/CuInS2/Al203/CdS: CH3NH3PbI3A3CBM 样品。
[0016] 具体的，步骤 5)中，在步骤 4)得到的 IT0/CuInS2/Al203/CdS+CH3NH 3PbIJ!上旋 涂一层PCBM层，转速1500rpm时间20s之后以80°C烘烤5分钟，得到IT0/CuInS 2/Al203/ CdS: CH3NH3PbI3A3CBM 层。
[0017] 6)在步骤 5)得到的 IT0/CuInS2/Al203/CdS:CH 3NH3PbI3/PCBM 样品上，通过真空蒸 发法蒸镀银电极，得到结构为IT0/CuInS2/Al20 3/CdS: CH3NH3PbI3/PCBM/Ag的太阳能电池。
[0018] 本发明还提供了一种在钙钛矿层中掺入硫化镉的钙钛矿太阳能电池，其特征在 于，包括：ITO基底层、所述ITO基底层上的&111^ 2层、所述CuInS 2层上的Al 203层、所述Al 203 层上的CdS = CH3NH3PbI3层、所述CdS:CH 3NH3PbI3层上的PCBM层以及银电极。
[0019] 本发明通过在在钙钛矿的前驱体溶液中加入了 CdS粉体材料，弥补了以往钙钛 矿太阳电池在钙钛矿层制作好后的退火阶段钙钛矿在表面形成一层致密膜导致内部的溶 剂不易挥发从而来影响电池的性能，并且也为在钙钛矿层产生的电子的传输提供了新的途 径，本发明所提供的方法能够在同样的条件下尽可能的提高太阳电池的性能。
【附图说明】
[0020] 图1是本发明所提供的太阳能电池的结构示意图。
[0021] 图 2 是本发明所提供的 IT0/CuInS2/Al203/CdS:CH 3NH3PbI3/PCBM/Ag 太阳能电池的 电流-电压曲线。
[0022] 图 3 为 CuInSj9 XDR 图谱。
[0023] 图4为混合有CdS的钙钛矿图谱。
【具体实施方式】
[0024] 以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明， 并非用于限定本发明的范围。
[0025] 实施例1
[0026] 在氮气手套箱内配置CuInS2前驱体溶液，将0.1 mmol醋酸铟、0.5_〇1硫脲和 40 μ L丙酸溶于0. 6mL 丁胺中，并进行超声分散使其形成均质溶液，随后再将0.1 Immol碘化 亚铜加入到上述溶液中。
[0027] 将ITO基底（ΙΤ0导电玻璃）依次用去离子水、无水乙醇和丙酮进行超声清洗，各 15分钟，最后用氮气将ITO基底吹干。
[0028] 在氮气手套箱中，将CuInS2前驱体溶液在ITO基底上进行旋凃，转速3000rpm，时 间30s，旋涂一次。然后在氮气气氛下先在150°C下烘烤10分钟，随后再在250°C下烘烤8 分钟。
[0029] 在制备好的IT0/CuInS2样品上旋凃稀释比例为10:1 (isopropinol:Al 203)的Al2O3 溶液，转速2500rpm，时间30s，之后将样品在150°C下烘烤10分钟，得到IT0/CuInS2/Al 203。
[0030] 在氮气气氛下旋涂CdS:perovskite混合溶液，转速2000rpm，时间30s，之后在氮 气气氛下将样品在60°C下烘烤1小时。
[0031] 在将所得到的样品旋涂PCBM转速1500rpm，时间30s然后100°C退火5分钟。
[0032] 把所得到的样品蒸发银电极，太阳能电池1组装完成。
[0033] 实施例2
[0034] 在氮气手套箱内配置CuInS2前驱体溶液，将0. 09mmol醋酸铟、0. 6mmol硫脲和 45 μ L丙酸溶于0. 7mL 丁胺中，并进行超声分散使其形成均质溶液，随后再将0. 12_〇1碘化 亚铜加入到上述溶液中。
[0035] 将ITO基底依次用去离子水、无水乙醇和丙酮进行超声清洗，各15分钟，最后用氮 气将ITO基底吹干。
[0036] 在氮气手套箱中，将CuInS2前驱体溶液在ITO基底上进行旋凃，转速3000rpm，时 间30s，旋涂三次。每次在氮气气氛下先在150°C下烘烤10分钟，随后再在250°C下烘烤8 分钟。
[0037] 在制备好的IT0/CuInS2样品上旋凃稀释比例为10:1 (isopropinol:Al 203)的Al2O3 溶液，转速2500rpm，时间30s，之后将样品在150°C下烘烤10分钟，得到IT0/CuInS2/Al 203。
[0038] 在氮气气氛下旋涂CdS:perovskite混合溶液，转速2000rpm，时间30s，之后在氮 气气氛下将样品在60°C下烘烤1小时。
[0039