后即得。
[0024]本步骤关键的是控制Ti02致密层的厚度以及T1 2的结晶度，对T1 2厚度和结晶性能的调控，有利于改善其电子传输，对提高电池效率非常重要。
[0025]图2为制备的1102致密层形貌图。
[0026]本步骤中，通过优化的有机钛前驱体溶液配比、旋涂沉积工艺、热处理工艺，可以制备出光电性能、机械性能优良的Ti02致密层。
[0027]步骤S3:对上步所得到的Ti02致密层进行氧等离子体处理，此步骤有助于改善钙钛矿材料成膜质量。
[0028]步骤S4—钙钛矿光吸收层的制备:采用逐层旋涂工艺将钙钛矿溶旋涂至1102致密层上。在本步骤中，钙钛矿光吸收层的厚度以及钙钛矿的结晶性对器件的效率有着非常重要的影响，本步骤通过采取适宜浓度的钙钛矿溶液(0.88mol/L氯化铅和2.46mol/L碘甲胺的N，N- 二甲基甲酰胺溶液)，最佳旋涂速度2000转/分钟，最佳旋涂时间30s，最佳旋涂次数5次，适宜的退火工艺(120 °C下保温120min)，得到了性能优异的钙钛矿光吸收层。
[0029]通过逐层旋涂沉积工艺制备的钙钛矿层的形貌如图3所示。
[0030]本步骤中，采用掺杂的钙钛矿及逐层旋涂工艺，可以有效调控光吸收层的厚度，进而优化光吸收层的光电性能。
[0031]步骤S5—空穴传输层的制备:空穴传输层是光激发产生空穴的传输通道，同时可以阻挡电子进入此层，降低电子和空穴的复合机率，提高太阳能电池的光电转换效率。
[0032]本步骤采取旋涂工艺将空穴传输层溶液制备成空穴传输层材料。经过多次试验，本步骤采用了最优化的工艺参数(旋涂速度为3000转/分钟，旋涂时间30s)，空穴传输层溶液的最优成分(72.3 mg Spiro-OMeTAD, 28.8 yL四叔基吡啶，17.5 yL浓度为520 mg/mL的双三氟甲烷磺酰亚胺锂乙腈溶液，混合于1ml氯苯)。
[0033]步骤S6—金属电极的制备:本发明采用金作为太阳能电池的金属电极，可以有效地收集空穴并使其高效地传输至外电路。
[0034]本步骤通过真空热蒸镀的工艺进行金电极的制备，采取的最优工艺参数为:初始气压3 X 10 8 Torr，蒸镀速率0.2埃/秒，蒸镀厚度60 nm。
[0035]至此，本实施例采用最优化的工艺参数，完成平面异质结的“FT0/Ti02/CH3NH3PbI3 xClx/spiro-OMeTAD/Au ”1 丐钛矿太阳能电池的全部制备过程。本实施例制作的太阳能电池的截面图如图4所示，各层材料的厚度测量结果如下，FT0层为600nm?650nm，Ti02致密层(Ti02 dense layer)为 50nm ?70nm，|丐钦矿光吸收层(Perovskite)为 300nm ?400nm，空穴传输层(spiro-OMeTAD)为 250nm ?350nm，金属电极层(Gold)为 50 ?70nm。
[0036]在标准测试条件(AM1.5G光照)，本实施例所制备的电池器件光电转换效率达到10.88 %，填充因子为52 %，开路电压为0.88 V，短路电流密度为23.71mA/cm2, J-V曲线图如图5所示，外量子效率如图6所示。
[0037]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种平面异质结钙钛矿太阳能电池，自下而上依次为透明导电电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属电极，其特征在于:所述电子传输层为Ti02致密层，所述钙钛矿光吸收层的材料为氯离子掺杂的钙钛矿材料。2.如权利要求1所述的平面异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于:所述透明导电电极为FTO导电玻璃，所述钙钛矿光吸收层的材料为CH3NH3PbI3 XC1X，0 < x < 3，所述空穴传输层的材料为spiro-OMeTAD，所述金属电极为Au。3.一种制备如权利要求1所述的平面异质结钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于包括如下步骤: (1)、将透明导电电极经过超声清洗后，氮气吹干，进行氧等离子体处理； (2)、采用旋涂工艺将有机钛前驱体溶液旋涂至透明导电电极表面，再在500?550°C保温20?40min，自然冷却至室温，得到Ti02致密层；其中，有机钛前驱体溶液的制备过程为:将0.45 ~0.48mol/L的钛酸异丙酯的异丙醇溶液和0.025 -0.028 mol/L的盐酸的异丙醇溶液等体积混合，搅拌均匀后即得； (3)、制备完成1102致密层后，进行氧等离子体处理； (4)、采用逐层旋涂工艺将钙钛矿溶液旋涂至1102致密层上，然后在110?130°C保温100?120min，得到钙钛矿光吸收层； (5)、将空穴传输层溶液旋涂至钙钛矿光吸收层上，得空穴传输层； (6)、采用真空热蒸镀工艺在空穴传输层上蒸镀金属电极，至此制得平面异质结钙钛矿太阳能电池。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(2)中:旋涂速度为3900~4100r/min、旋涂时间为25~35s。5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(4)中:钙钛矿溶液为0.85-0.90mol/L氯化铅和2.45 ~2.50mol/L碘甲胺的N，N-二甲基甲酰胺溶液；旋涂次数为4~6次；每次旋涂时，旋涂速度为1900 ~2100r/min、旋涂时间为25~35s。6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(5)中:空穴传输层溶液的制备过程为:将 72 -73 mg spiro-OMeTAD、28 -29 yL 4-叔丁基吡啶、17 ?18 μ L 浓度为 520 ?530 mg/mL的双三氟甲烷磺酰亚胺锂乙腈溶液，混合于0.5-1.5ml氯苯中即得；旋涂速度为2900 ~3100r/min、旋涂时间为 25~35s。7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于步骤(6)中:所述金属电极为金，蒸镀参数为:初始气压为2 X 10 8~4X10 8Torr,蒸镀速率为0.1-0.3埃/秒，蒸镀厚度为50~70nm。
【专利摘要】本发明属于太阳能电池技术领域，具体公开了一种平面异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。自下而上依次为透明导电电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金属电极，所述电子传输层为TiO2致密层，所述钙钛矿光吸收层的材料为氯离子掺杂的钙钛矿材料。本发明舍弃了传统敏化太阳能电池中的TiO2介孔层，简化了器件结构和制备工艺；本发明使用氯掺杂的钙钛矿材料作为光吸收材料，有助于提高薄膜的成膜性，对载流子的扩散及分离也有促进作用；本发明针对透明导电电极以及TiO2致密层表面处理提出了氧等离子体处理工艺，提高了成膜效果；本发明针对钙钛矿光吸收层的厚度控制问题，采用了逐层旋涂工艺，可以实现调控光吸收层和整体电池的光电性能。
【IPC分类】H01L51/48, H01L51/46, H01L51/42
【公开号】CN105280819
【申请号】CN201510332119
【发明人】张懿强, 周文远, 郭楠, 吴振华, 姚志强, 邵国胜, 胡俊华, 范佳杰, 毛景, 张鹏, 迈克·思韦茨, 范向伟
【申请人】郑州大学
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年6月16日