一种基于黄原酸铅盐原位制备太阳能电池吸光层的方法及其应用

1.本发明涉及光伏材料领域，特别涉及一种基于黄原酸铅盐原位制备太阳能电池吸光层的方法及其应用。


背景技术：

2.钙钛矿太阳能电池以钙钛矿作为吸光层，其光吸收范围主要由材料的能隙决定。甲胺铅碘(ch3nh3pbi3)材料是有机/无机杂化钙钛矿材料中开发最早、研究最广泛的一类，具有吸光系数大、电荷扩散距离长等优点，是一种理想的太阳能吸光发电材料。但甲胺铅碘材料的能隙约1.58ev，研究表明器件的短路电流(j
sc
)已经接近理论最大值。而根据太阳光谱的能量分布，太阳能吸光材料的最佳能隙范围应该在1.1ev到1.4ev之间。因此将钙钛矿类电池的吸光范围扩展到近红外区域，是提高此类电池能量转化效率的重要手段之一。
3.量子点的能隙具有尺寸依赖性，其中通过调控pbs量子点尺寸可使其吸收波长范围在600～3000nm内变化。为了提高钙钛矿太阳能电池在近红外光区域的吸光能力，可以将量子点引入到钙钛矿太阳能电池的吸光层中，这是一种拓宽钙钛矿太阳能电池吸光光谱范围，从而提高器件效率的新途径。
4.为了拓宽钙钛矿太阳能电池吸光光谱范围，提高其光电转换效率，中国专利公开号105609643b中公开了一种钙钛矿型太阳能电池及制备方法，该钙钛矿太阳能电池的吸光层为钙钛矿包裹量子点的核壳结构，通过先制备出量子点，再将量子点溶液和钙钛矿前驱体溶液混合均匀后通过溶液旋涂沉积法制备得到。中国专利公开号113937222a中公开了一种量子点增强型纳米线阵列钙钛矿太阳能电池，其以量子点层和钙钛矿层共同作为吸光层，该吸光层通过先溶液旋涂沉积量子点层，再沉积钙钛矿层得到。从上述专利中可知，现有的将量子点引入到钙钛矿太阳能电池吸光层的技术制备步骤繁琐、工艺复杂，并未见采用钙钛矿和量子点二者共同的前驱体溶液，通过原位方法直接制备钙钛矿/量子点复合晶体薄膜的技术。


技术实现要素：

5.为了解决上述的不足，本发明采用黄原酸铅盐来替代传统的碘化铅与甲基碘化铵(ch3nh3i)按比例溶解在二甲基甲酰胺(dmf)溶剂中，经过匀胶机旋涂制膜并加热，原位合成ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜，该方法制备过程简单而且以ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜为吸光层的钙钛矿太阳能电池，有助于扩大其吸光范围，提高其光电转换效率。
6.本发明提供了一种基于黄原酸铅盐原位制备太阳能电池吸光层的方法。其中，所述吸光层是由黄原酸铅盐和甲基碘化胺通过溶液旋涂沉积原位制备而成的ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜。
7.另一方面本发明提供了一种基于黄原酸铅盐原位制备太阳能电池吸光层的方法
及其应用。其特征在于，太阳能电池的具体制备步骤如下：
8.(1)致密层的制备
9.将tio2前驱体溶液旋涂在fto导电玻璃表面，经低温煅烧制备20nm厚的tio2致密层(bl-tio2)；
10.(2)电子传输层的制备
11.将tio2浆料旋涂在bl-tio2上，经煅烧制备100～200nm厚的tio2多孔层(mp-tio2)；
12.(3)吸光层的制备
13.将ch3nh3i和黄原酸铅盐按照不同的摩尔比加入到dmf溶剂中，常温下搅拌并超声分散，将该前驱体溶液滴加到tio2多孔层上，静置30s，然后采用旋涂工艺制膜，并根据测得的黄原酸铅盐的分解温度数据加热薄膜，在mp-tio2/bl-tio2/fto上原位生成ch3nh3pbi3钙钛矿/pbs量子点复合晶体薄膜；
14.(4)空穴传输层和金属电极层的制备
15.同样用旋涂工艺在吸光层上制备spiro-meotad空穴传输层，最后用真空蒸镀的方法在空穴传输层表面蒸镀一层50nm厚的au电极。
16.优选的，在执行所述步骤(1)之前，所述方法还包括：对所述镀有透明导电层的玻璃基底表面分别用洗涤剂、去离子水、丙酮与酒精进行超声清洗，然后用氮气吹干。
17.优选的，ch3nh3i和黄原酸铅盐摩尔比为1:1～5:1。
18.优选的，在制备吸光层时薄膜加热温度为130～160℃。
19.本发明的有益效果是：本发明工艺过程简单，可由黄原酸铅盐和甲基碘化胺直接原位制备出ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜，以该复合晶体薄膜为吸光层的钙钛矿太阳能电池，有助于扩大其吸光范围，提高其光电转换效率。
附图说明
20.图1为本技术实施例中ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜的x-射线衍射图谱。
21.图2为本技术实施例中ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜的高分辨率透射电镜图。
22.图3为本技术实施例中以ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜为吸光层的太阳能电池的结构示意图。
23.图4为本技术实施例中以ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜为吸光层的太阳能电池的电流-电压(i-v)曲线。(其中m2.5:ch3nh3i:黄原酸铅盐＝5:2；m3.5:ch3nh3i:黄原酸铅盐＝7:2)。
具体实施方式
24.为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但并不以任何方式限制本发明。
25.实施例1：
26.(1)致密层的制备
27.首先，清洗透明fto玻璃。将尺寸为2.0
×
2.0cm的fto玻璃先用洗涤剂除去表面油
污和颗粒污染物，接着用去离子水、丙酮与酒精进行分别超声清洗15min，然后用氮气吹干处理，去除fto玻璃表面残留有机物；
28.接着配制浓度为0.15m的钛乙酰丙酮(ⅳ)的乙醇溶液，混合均匀后将该tio2前驱体溶液以2500转/分钟的转速旋涂在fto导电玻璃表面，旋涂时间为45s。在70℃下烘干后置于300℃下煅烧20min，制得20nm厚的tio2致密层(bl-tio2)；
29.(2)电子传输层的制备
30.选用粒径为18nm的tio2与无水乙醇按1:4质量比稀释制得tio2浆料，将其以5000转/分钟的转速旋涂在tio2致密层上，旋涂时间为45s。在70℃下烘干后置于500℃下煅烧30min制得100～200nm厚的tio2多孔层(mp-tio2)；
31.(3)吸光层的制备
32.将ch3nh3i和黄原酸铅盐按照5:2的摩尔比加入到dmf溶剂中，常温下搅拌并超声分散，将该前驱体溶液滴加到tio2多孔层上，静置30s。然后采用旋涂工艺，将该前驱体溶液以2500转/分钟的转速旋涂45s，并在150℃下加热40min，在mp-tio2/bl-tio2/fto上原位生成ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜；
33.(4)空穴传输层和金属电极层的制备
34.同样采用旋涂工艺，以2000转/分钟的转速旋涂30s在吸光层上制备spiro-meotad空穴传输层，最后用真空蒸镀的方法在空穴传输层表面蒸镀一层50nm厚的au电极。
35.实施例2：
36.(1)致密层的制备
37.首先，清洗透明fto玻璃。将尺寸为2.0
×
2.0cm的fto玻璃先用洗涤剂除去表面油污和颗粒污染物，接着用去离子水、丙酮与酒精进行分别超声清洗15min，然后用氮气吹干处理，去除fto玻璃表面残留有机物；
38.接着配制浓度为0.15m的钛乙酰丙酮(ⅳ)的乙醇溶液，混合均匀后将该tio2前驱体溶液以2500转/分钟的转速旋涂在fto导电玻璃表面，旋涂时间为45s。在70℃下烘干后置于300℃下煅烧20min，制得20nm厚的tio2致密层(bl-tio2)；
39.(2)电子传输层的制备
40.选用粒径为18nm的tio2与无水乙醇按1:4质量比稀释制得tio2浆料，将其以5000转/分钟的转速旋涂在tio2致密层上，旋涂时间为45s。在70℃下烘干后置于500℃下煅烧30min制得100～200nm厚的tio2多孔层(mp-tio2)；
41.(3)吸光层的制备
42.将ch3nh3i和黄原酸铅盐按照7:2的摩尔比加入到dmf溶剂中，常温下搅拌并超声分散，将该前驱体溶液滴加到tio2多孔层上，静置30s。然后采用旋涂工艺，将该前驱体溶液以2500转/分钟的转速旋涂45s，并在150℃下加热40min，在mp-tio2/bl-tio2/fto上原位生成ch3nh3pbi3钙钛矿相/pbs量子点复合晶体薄膜；
43.(4)空穴传输层和金属电极层的制备
44.同样采用旋涂工艺，以2000转/分钟的转速旋涂30s在吸光层上制备spiro-meotad空穴传输层，最后用真空蒸镀的方法在空穴传输层表面蒸镀一层50nm厚的au电极。
45.表1实施例1至实施例2中制备样品的光电转换效率测试数据
46.样品实施例1实施例2
pce(％)3.548.53