一种多孔层结构钙钛矿型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，特别涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于地球变暖现象日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，石油、煤炭等传统能源数年后将消耗殆尽，人们对新能源的重视与需求日益凸显，这些因素都激发了太阳能电池产业的蓬勃发展。目前，硅基太阳能电池已实现产业化，并有着较为成熟的市场，但由于其制备工艺流程长，制备过程能耗高，设备昂贵等缺点，其性价比还无法与传统能源相竞争。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池势在必行。
[0003]钙钛矿太阳能电池，为近两年光伏领域一匹黑马，其吸光材料是利用ΑΒΧ3(Α=CH3NH3+等;B = Pb2+，Sn2+等;X = Cl—，Br—，I—等)钙钛矿结构的光伏材料，具有吸光范围宽，较高的载流子迀移率及较长的载流子寿命等优点，在众多类型的太阳能电池中脱颖而出。
[0004]多孔层钙钛矿太阳能电池是在导电玻璃上旋涂一层致密Ti02(n型半导体)，然后在其上面旋涂多孔T12或者Al2O3薄膜，随后依次旋涂CH3NH3PbI3，空穴传输层，最后真空蒸镀一层金属电极，比如Au，Ag ,Al。
[0005]在光伏材料中应用中，多孔层主要起骨架支撑，或延长电子传输路径，减少电子和空穴复合率的作用，材料主要有Ti02，Al2O3，ZnO，ZrO2，SnO2和S12等。钙钛矿材料主要吸收波长为300-600nm的可见光，不吸收红外光。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是在于提供一种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，利用上转换发光材料与T12混合物作为电子传输层和光转换层;吸收不能被钙钛矿材料吸收的红外光，转换成可见光，从而被钙钛矿材料有效吸收。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0008]—种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池，包括从上至下依次叠层设置的FTO玻璃衬底、T12致密层、上转化发光材料/T12混合物的多孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极。
[0009]进一步的，上转化发光材料/T12混合物的多孔层中的上转化发光材料是以NaYF4为基质掺杂稀土元素，粒径为40-50nm;上转化发光材料/T12混合物的多孔层中的T12为P25，粒径为20-25nm;上转化发光材料/T12混合物的多孔层中上转化发光材料与T12的重量比为1-8:4;所掺杂稀土元素为铒、铥、钬中一种和镱;所掺杂镱的化学计量比为2%;所掺杂铒、铥、钬中一种的化学计量比为0.5%。
[0010]进一步的，上转化发光材料/T12混合物的多孔层的制备方法包括以下步骤:
[0011]将NaYF4为基质上转换材料与二氧化钛P25按重量比为1-8:4均匀混合，获得混合物A;将乙基纤维素，松油醇，酒精按重量比1:1-3:20均匀混合，获得溶胶B;将溶胶B置于容器，然后把混合物A倒容器中，混合物A与溶胶B的质量比为1:200-400;将密封容器后置于磁力搅拌器上持续搅拌12h以上，然后超声4-8h，得到浆料D;
[0012]在T12致密层表面旋涂浆料D，旋涂过程分为两个步骤，首先以500r/min的速率旋涂5s，然后以2500-5000r的速率旋涂45s;接着将膜放在130°C的热板上烘烤lOmin，降至室温后，继续重复旋涂-烘烤的步骤，最后在T12薄膜表面旋涂上转化发光材料/T12薄膜2-5层；
[0013]将旋涂完上转化发光材料/T12混合物的薄膜置于马弗炉中，400_500°C退火60min，取出后放置10M的TiCl4溶液中70°C浸泡30-60min，然后继续在马弗炉中，400-500°C退火30-100min，降至室温后，获得上转化发光材料/T12混合物的多孔层。
[0014]进一步的，FTO玻璃衬底的方块电阻是12Ω，透过率为75% ;所述钙钛矿吸光层为CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层;所述空穴传输层为2，2’，7，7’_四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’ -螺二荷(spiro-MeOTAD)空穴传输层;所述金属电极为Au背电极层或Ag背电极层。
[0015]进一步的，FTO玻璃衬底的厚度为100-150nm;Ti02致密层的厚度为20-80nm;上转化发光材料/T12混合物的多孔层的厚度为150-200nm;钙钛矿吸光层的厚度为200-300nm;空穴传输层的厚度为40-60nm，金属电极的厚度为150-200nmo
[0016]一种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
[0017]I)将FTO玻璃衬底清洁干净；
[0018]2)在FTO玻璃衬底表面制备一层T12致密层；
[0019]3)在T12致密层上形成一层上转换发光材料/T12混合物的多孔层；
[0020]4)在多孔层上制备一层钙钛矿吸收层；
[0021]5)在钙钛矿吸收层上制备一层空穴传导层；
[0022]6)在空穴传导层上制备形成金属电极。
[0023]进一步的，步骤3)包括以下步骤:
[0024]将NaYF4为基质上转换材料与二氧化钛P25按重量比为1-8:4均匀混合，获得混合物A;将乙基纤维素，松油醇，酒精按重量比1:1-3:20均匀混合，获得溶胶B;将溶胶B置于容器，然后把混合物A倒容器中，混合物A与溶胶B的质量比为1:200-400;将密封容器后置于磁力搅拌器上持续搅拌12h以上，然后超声4-8h，得到浆料D;
[0025]在T12致密层表面旋涂浆料D，旋涂过程分为两个步骤，首先以500r/min的速率旋涂5s，然后以2500-5000r的速率旋涂45s;接着将膜放在130°C的热板上烘烤lOmin，降至室温后，继续重复旋涂-烘烤的步骤，最后在T12薄膜表面旋涂上转化发光材料/T12薄膜2-5层；
[0026]将旋涂完上转化发光材料/T12混合物的薄膜置于马弗炉中，400_500°C退火60min，取出后放置100M的TiCl4溶液中70°C浸泡30-60min，然后继续在马弗炉中，400-500°C退火30-100min，降至室温后，获得上转化发光材料/T12混合物的多孔层。
[0027]进一步的，NaYF4为基质上转换材料是以NaYF4为基质掺杂稀土元素，粒径为40-50nm;所掺杂稀土元素为铒、铥、钬中一种和镱;所掺杂镱的化学计量比为2%;所掺杂铒、铥、钬中一种的化学计量比为0.5%。
[0028]相对于现有技术，本发明具有以下有益效果:本发明采用湿化学方法制备多孔层钙钛矿太阳能电池，主要包括先驱液的配制，薄膜与多孔层的旋涂及溶剂处理，旋涂后热处理，以及电池器件的制备。本发明的优点是:工艺简单，可控性好，协调性高。
[0029]为使得太阳光能够更大范围内的有效利用，本发明制备出新的多孔层，即利用具有上转换发光材料特性的材料与T12纳米颗粒混合物来制备多孔层;上转换发光材料是指特定的基质材料，通过将稀土离子掺入晶格位置，形成发光中心，发光中心相继吸收两个或者多个光子，再经过无辐射弛豫达到发光能级，最终跃迀到基态放出一个可见光子。本发明在保证增长电子传输路径，减少电子和空穴复合的同时，利用多孔层作为骨架支撑，吸收不能被钙钛矿材料吸收的红外光，转换成可见光，从而被钙钛矿材料有效吸收;在相同电压的情况下，较现有技术可以有效的提高电池的电流密度。
【附图说明】
[0030]图1是本发明一种多孔层的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；其中:1、FTO玻璃衬底，2、致密层，3、多孔层，4、|丐钛矿吸收层，5、空穴传输层，6、金属电极。
[0031 ]图2是在AMl.5G光照下，多孔层为T12和上转换发光材料/T12混合物的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线对比图。
【具体实施方式】
[0032]对比例I
[0033]1、选择方块电阻是12 Ω，透过率75%的FTO玻璃作为衬底材料，随后用丙酮和酒精清洗。
[0034]2、致密层的制备
[0035]将称取的109mg乙二醇胺，471mg钛酸四丁酯置入20ml的螺口瓶中，再加入1ml乙醇，之后将螺口瓶置于磁力搅拌器上持续搅拌12h，最后陈化24h，获得溶液A。取适量溶液A滴在在步骤I所得FTO洁净玻璃上，然后以2000-5000r的速率旋涂40s，所得薄膜在500°C退火30min获得T12致密层。
[0036]3、Ti02多孔层的制备
[0037]将乙基纤维素，松油醇，酒精按重量比1:1:20均匀混合，获得溶胶B;把适二氧化钛量P25倒入置于1ml螺口瓶的溶胶B中，P25与溶胶B的质量比为1:200;将螺口瓶密封后置于磁力搅拌器上持续搅拌12h以上，然后超声4-8h，得到较稳定的浆料C。
[0038]将适量的浆料C滴在T12致密层表面开始旋涂，旋涂过程分为两个步骤，首先以500r/min的