一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，钙钛矿太阳能电池依次包括导电玻璃层、致密二氧化钛膜、多孔二氧化钛膜、甲胺铅碘多晶膜、空穴传输材料层及金属电极层，特点是：多孔二氧化钛膜是锌掺杂的，掺杂后锌原子与钛原子的摩尔比为0.1%~0.4%∶1；优点是：使用含锌掺杂的多孔二氧化钛作为钙钛矿太阳能电池的光阳极，能够通过锌掺杂改变二氧化钛的导带，使二氧化钛导带下移，从而使得作为钙钛矿吸光层的甲胺铅碘的导带与锌掺杂的二氧化钛的导带之间间隙变大，使电子更容易注入和通过，从而能够提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
【专利说明】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]钙钛矿太阳能电池由于其成本低廉、制备工艺简单、光电转化效率较高而受到科研以及产业界的广泛关注。钙钛矿太阳能电池自发展以来已取得较大进展，至今其最高光电转换效率已超过20%，大大超过了染料敏化太阳能电池和有机太阳薄膜太阳能电池。因此，钙钛矿太阳能电池是成本低、效率高的薄膜太阳能电池，具有良好的发展前景。
[0003]钙钛矿太阳能电池目前有多种结构，其中含多孔二氧化钛的介观电池是最主要的结构。而在多孔二氧化钛钙钛矿太阳能电池中，多孔二氧化钛作为电子传输层，可以影响电子传输，从而影响太阳能电池的光电转换效率。为了进一步提高多孔钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，需要对作为电子传输层的多孔二氧化钛进行改性研究。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种电子传输更有效、光电转换效率更高的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0005]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种钙钛矿太阳能电池，依次包括导电玻璃层、致密二氧化钛膜、多孔二氧化钛膜、甲胺铅碘多晶膜、空穴传输材料层及金属电极层，所述多孔二氧化钛膜是锌掺杂的，掺杂后锌原子与钛原子的摩尔比为0.1%?0.4%:1。由此，能够通过锌掺杂改变二氧化钛的导带，使二氧化钛导带下移，从而使得作为钙钛矿吸光层的甲胺铅碘的导带与锌掺杂的二氧化钛的导带之间间隙变大，使电子更容易注入和通过，从而能够提尚I丐钦矿太阳能电池的光电转换效率。
[0006]在一些实施方式中，所述多孔二氧化钛膜中锌的来源为乙酸锌。由此，乙酸锌具有较优的效果，在其他实施方式中，锌的来源可以是其他遇高温后水解仅留下锌掺杂的含锌化合物。
[0007]在一些实施方式中，所述空穴传输材料层由spiro_Me0TAD(2，2’，7，7’-tetrakis(N，N_d1-p-methoxyphenylamine)-9,9'-spirobifluorene)(CAS:207739-72-8)或3_己基取代聚噻吩(P3HT)制得。
[0008]在一些实施方式中，所述致密二氧化钛膜厚度为20?200纳米，所述多孔二氧化钛膜厚度为200纳米?I微米，所述钙钛矿吸光层厚度为200纳米?1.5微米，所述空穴传输材料层厚度为50?500纳米，所述金属电极层厚度为50?200纳米。
[0009]—种上述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
①使用溶胶凝胶法在导电玻璃层上生成致密二氧化钛膜，300?500°C条件下处理后冷却备用；
②按比例将锌盐加入二氧化钛浆料中，并通过溶胶凝胶法合成锌掺杂的多孔二氧化钛浆料； ③在步骤①中得到的致密二氧化钛膜上涂覆锌掺杂的多孔二氧化钛浆料，300?500°C烧结后备用；
④将0.8?1.211101/1物质的量浓度的PbI2溶于N，N-二甲基甲酰胺中，使用匀胶机将上述溶液沉积在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，再将膜浸泡在浓度为0.01-0.05g/ml碘甲基氨的异丙醇中，浸泡>5分钟，控制温度75°C>105°C，得到界面改性的甲胺铅碘多晶膜；
⑤将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上；
⑥使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀金属电极层。
[0010]在一些实施方式中，所述空穴传输材料为spiro-MeOTAD，步骤⑤具体为:将物质的量浓度为0.5-1.5mol/L的spiro-MeOTAD溶解于氯苯中，加入80%spiro_Me0TAD摩尔数的3-四丁基卩比啶和30%spiro-Me0TAD摩尔数的双三氟甲烧磺酰亚胺锂，然后将上述spiro-MeOTAD的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。
[0011]与现有技术相比，本发明的优点在于:使用含锌掺杂的多孔二氧化钛作为钙钛矿太阳能电池的光阳极，能够通过锌掺杂改变二氧化钛的导带，使二氧化钛导带下移，从而使得作为钙钛矿吸光层的甲胺铅碘的导带与锌掺杂的二氧化钛的导带之间间隙变大，使电子更容易注入和通过，从而能够提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
【具体实施方式】
[0012]以下结合实施例对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。
[0013]实施例1:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.1%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.1%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0014]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过450°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度100°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[00?5] 在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.0 7 c m2)的光电转换效率为9.6 %，比未经改性的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(9.03%)提高6%。提高的原因主要是锌的掺杂使得二氧化钛导带轻微下降，从而有利于电子从钙钛矿注入到二氧化钛中，从而提高了短路电流和电池的效率。
[0016]实施例2:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%: I
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0017]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过450°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度100°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0018]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.0 7 c m2)的光电转换效率为11.8 %，比未经改性的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(9.03%)提高31%。提高的原因主要是锌的掺杂使得二氧化钛导带下降更多，从而有利于电子从钙钛矿注入到二氧化钛中，从而提高了短路电流和电池的效率。
[0019]实施例3:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.3%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.3%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0020]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过450°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度100°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0021]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.0 7 c m2)的光电转换效率为1.5 %，比未经改性的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(9.03%)提高16%。提高的原因主要是锌的掺杂使得二氧化钛导带下降更多，从而有利于电子从钙钛矿注入到二氧化钛中，从而提高了短路电流和电池的效率。但是，更高的掺杂比会使得二氧化钛中含有杂质较多，从而影响了电子的复合，减小了短路电流，从而可以看到钙钛矿太阳能电池的光电转换效率相比0.2%的锌掺杂率反而下降。
[0022]实施例4:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.4%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.4%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0023]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过450°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度100°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0024]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.0 7 c m2)的光电转换效率为9.4 %，比未经改性的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(9.03%)提高4%。提高的原因主要是锌的掺杂使得二氧化钛导带下移，从而有利于电子从钙钛矿注入到二氧化钛中，从而提高了短路电流和电池的效率。但是，0.4%的掺杂比使得二氧化钛中含有杂质较多，从而影响了电子的复合，减小了短路电流，从而可以看到钙钛矿太阳能电池的光电转换效率相比上述实施例反而下降。
[0025]实施例5:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.5%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.5%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0026]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过450°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度100°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0027]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.0 7 c m2)的光电转换效率为8.0 %，比未经改性的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率(9.03%)降低了 11%。降低的原因主要是过量的掺杂导致含有太多的杂质和过多的离子陷进态，使得电子容易复合，导致电流降低和电压下降，使得钙钛矿太阳能电池的效率相比不掺杂的电池效率反而降低。
[0028]实施例6:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0029]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过300°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度750C ο将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0030]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.07cm2)的光电转换效率为9.8%。
[0031]实施例7:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0032]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过350°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为0.8 mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡4分钟，控制温度80°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0033]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为
0.07cm2)的光电转换效率为10.3%。
[0034]实施例8:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0035]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过400°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I mo 1/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡4分钟，控制温度850C ο将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0036]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为
0.07cm2)的光电转换效率为10.9%。
[0037]实施例9:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0038]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过450°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I.2 mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡4分钟，控制温度90°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0039]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为
0.07cm2)的光电转换效率为10.7%。
[0040]实施例10:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0041 ]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过500 °C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I.0 mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡5分钟，控制温度100°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0042]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为
0.07cm2)的光电转换效率为11.3%。
[0043]实施例11:锌掺杂的多孔二氧化钛膜中锌与肽的摩尔比为0.2%:1
将10.5 ml的钛酸异丙酯和1.97 ml的冰乙酸混合搅拌15分钟后，加入50 ml去离子水，搅拌I小时，加入0.69 ml的浓硝酸，再加入锌与钛摩尔比为0.2%:1的乙酸锌，转移至80 °C水浴2小时后，转入反应釜中250 °C反应12小时。加入0.4 ml的浓硝酸超声震荡后，再旋转蒸发，用酒精清洗多次并离心。再将所得物混合在10.08 g松油醇、0.702 g乙基纤维素(型号为9-11)和0.54 g乙基纤维素(型号为45-55)中搅拌，超声震荡，最后再经过旋转蒸发后得到锌掺杂的多孔二氧化钛浆料。
[0044]将锌掺杂的多孔二氧化钛浆料旋涂在经过500°C处理的致密二氧化钛膜上，再将物质的量浓度为I.I mol/L的溶解有PbI2的N，N-二甲基甲酰胺旋涂在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，然后将其浸泡在0.3 g碘甲基氨溶于30 ml异丙醇的混合溶液中。浸泡3分钟，控制温度105°C。将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。最后，使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀银电极层。
[0045]在室温环境，使用氣灯模拟太阳光，光强为95.6mW/cm2 (太阳光模拟器型号:Newp0rt91192A)条件下，测得本实施例的锌掺杂的钙钛矿太阳能电池(有效光照面积为0.07cm2)的光电转换效率为11.0%。
[0046]其中，钙钛矿太阳能电池制备过程中的条件选择是所属技术领域的技术人员所熟知的现有技术，因此本发明的实施例中仅选用了较常用的参数来进行试验，不应作为本发明的限制。除特别说明，本发明所涉及的实验试剂均可通过商业途径获得。
[0047]综上所述，本发明锌掺杂的多孔二氧化钛膜中当掺杂后锌原子与肽原子的摩尔比为0.2%:1时，所得到的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率较优为11.8 %，比相同条件下未经处理的太阳能电池效率(9.03%)提高了 31%。提高的原因主要是锌的掺杂使得二氧化钛导带下降更多，从而有利于电子从钙钛矿注入到二氧化钛中，从而提高了短路电流和电池的效率。
【主权项】
1.一种钙钛矿太阳能电池，依次包括导电玻璃层、致密二氧化钛膜、多孔二氧化钛膜、甲胺铅碘多晶膜、空穴传输材料层及金属电极层，其特征在于，所述多孔二氧化钛膜是锌掺杂的，掺杂后锌原子与钛原子的摩尔比为0.1%~0.4%:1。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述多孔二氧化钛膜中锌的来源为乙酸锌。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输材料层由spiro-MeOTAD或3-己基取代聚噻吩制得。4.根据权利要求1-3任一项所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述致密二氧化钛膜厚度为20?200纳米，所述多孔二氧化钛膜厚度为200纳米?I微米，所述钙钛矿吸光层厚度为200纳米?1.5微米，所述空穴传输材料层厚度为50?500纳米，所述金属电极层厚度为50?200纳米。5.—种权利要求1-3任一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: ①使用溶胶凝胶法在导电玻璃层上生成致密二氧化钛膜，300?500°C条件下处理后冷却备用； ②按比例将锌盐加入二氧化钛浆料中，并通过溶胶凝胶法合成锌掺杂的多孔二氧化钛浆料； ③在步骤①中得到的致密二氧化钛膜上涂覆锌掺杂的多孔二氧化钛浆料，300?500°C烧结后备用； ④将0.8?1.2mol/L物质的量浓度的PbI2溶于N，N-二甲基甲酰胺中，使用匀胶机将上述溶液沉积在锌掺杂的多孔二氧化钛膜上，再将膜浸泡在浓度为0.01-0.05g/ml碘甲基氨的异丙醇中，浸泡>5分钟，控制温度75°C>105°C，得到界面改性的甲胺铅碘多晶膜； ⑤将空穴传输材料的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上； ⑥使用蒸镀方法，在上述多层膜上蒸镀金属电极层。6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述空穴传输材料为spiro-MeOTAD，步骤⑤具体为:将物质的量浓度为0.5-1.5mol/L的spiro-MeOTAD溶解于氯苯中，加入80%spiro-Me0TAD摩尔数的3-四丁基吡啶和30%spiro-Me0TAD摩尔数的双三氟甲烷磺酰亚胺锂，然后将上述spiro-MeOTAD的有机溶液均匀地旋涂在界面改性的甲胺铅碘多晶膜上。
【文档编号】H01L51/48GK105932162SQ201610273155
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】诸跃进, 刘金旺, 张京, 王利明, 王鹏, 黄孝坤, 卢兴伟, 岳国强
【申请人】宁波大学