一种具有高开路电压的CsPbCl3钙钛矿太阳能电池及其制备方法

本发明属于太阳能电池，特别涉及一种具有高开路电压的cspbcl3钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、近些年来，钙钛矿太阳能电池因其器件结构由液态的染料敏化电池演变为全固态的电池结构后，从而极大地提高了电池的稳定性。由此，钙钛矿太阳能电池吸引了越来越多研究人员的关注，并取得了重大进展。当前，钙钛矿太阳能电池的光电转化效率由最初的3.8％迅速提升到26％以上。碳基无空穴传输层的全无机钙钛矿太阳能电池因其独特的优势而备受关注。它一方面避免了常用有机空穴传输材料的使用，有利于降低器件成本，提高稳定性；另一方面，通常采用碳电极作为正极，避免了蒸镀金属电极的高成本和繁琐。

2、cspbcl3作为一种典型的全无机钙钛矿材料，因其具有优异的热稳定性而备受瞩目。cspbcl3带隙值高达3.0ev，将其用于太阳能光伏器件，有望获得高的开路电压。而高开路电压钙钛矿太阳能电池在低功耗电子充电电池、室内采光以及光电化学水解应用等领域存在重要的潜在应用价值。因此，将cspbcl3薄膜应用于一种光伏太阳能电池，并设法提高其开路电压具有重要的意义。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种具有高开路电压的cspbcl3钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述cspbcl3钙钛矿太阳能电池在制备时，先将覆有tio2薄膜的导电玻璃浸渍于ticl4水溶液中，以提高器件整体的光伏性能；然后在合适的温度下进行热处理，从而提高太阳能电池的开路电压。

2、为解决上述技术问题，本发明的第一方面提供了一种cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将覆有tio2薄膜的导电玻璃浸渍于ticl4水溶液中，然后进行热处理，形成带电子传输层的导电基板；

4、(2)在所述导电基板表面依次形成cspbcl3薄膜和碳电极层，得所述cspbcl3钙钛矿太阳能电池。

5、具体地，本发明先将覆有tio2薄膜的导电玻璃浸渍于ticl4水溶液中，并在一定的温度下进行热处理，以在导电玻璃表面形成电子传输层，从而提高器件的整体光伏性能；然后在电子传输层的表面依次形成cspbcl3薄膜和碳电极层，形成结构完整的太阳能电池。研究发现，该太阳能电池具有较高的开路电压。

6、优选的，所述ticl4水溶液的浓度为0.02-0.06mol/l。

7、优选的，所述ticl4水溶液的温度为25-100℃；进一步优选的，所述ticl4水溶液的温度为45-90℃。

8、优选的，步骤(1)中，所述浸渍的时间为15-30分钟；进一步优选的，所述浸渍的时间为20-30分钟。

9、优选的，步骤(1)中，所述热处理的温度为45-350℃；进一步优选的，所述热处理的温度为100-350℃。当热处理温度在45-350℃时，导电玻璃表面的溶液能够快速蒸发，有效的避免表面的残留溶液给器件带来其他的不良影响；但当热处理温度超过350℃时，器件的性能将急剧下降。

10、优选的，步骤(1)中，所述热处理的时间为15-45分钟。

11、优选的，步骤(1)中，所述tio2薄膜包括由内到外依次设置的致密tio2薄膜和多孔tio2薄膜，以利于电子传输。

12、优选的，所述导电玻璃为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃(简称：fto)或氧化铟锡导电玻璃(简称：ito)。

13、优选的，步骤(2)中，所述cspbcl3薄膜的形成过程为：先在所述导电基板的表面涂覆cspbbr3薄膜，然后置于含氯离子的混合溶液中，再进行加热处理和/或光照处理，使所述混合溶液中的氯离子取代溴离子，生成所述cspbcl3薄膜。

14、优选的，所述涂覆的方式浸渍、喷涂、旋涂、刮涂中的至少一种。

15、优选的，所述加热处理的温度为150-350℃。

16、优选的，所述加热处理的时间为3-15分钟。

17、优选的，所述光照处理的功率密度为400-1200mw/cm2。

18、优选的，所述光照处理的时间为5-12分钟。

19、优选的，所述混合溶液为三甲基氯硅烷的异丙醇溶液和/或hcl甲醇的异丙醇溶液。

20、优选的，所述三甲基氯硅烷与所述异丙醇的摩尔体积比为(0.25-2)mol：1l。

21、优选的，所述hcl甲醇与所述异丙醇的摩尔体积比为(0.5-4)mol：1l。

22、优选的，步骤(2)中，所述碳电极层的形成过程为：将碳电极印刷至所述cspbcl3薄膜的表面，然后进行退火处理，形成所述碳电极层。

23、优选的，所述退火处理的温度为110-130℃。

24、本发明的第二方面提供了一种cspbcl3钙钛矿太阳能电池，由上述制备方法制得。

25、优选的，所述cspbcl3钙钛矿太阳能电池包括导电玻璃，所述导电玻璃的表面由内到外依次设置有电子传输层、cspbcl3薄膜和电极层。

26、本发明的上述技术方案相对于现有技术，至少具有如下技术效果或优点：

27、(1)本发明的cspbcl3钙钛矿太阳能电池在制备时，先将覆有tio2薄膜的导电玻璃浸渍于ticl4水溶液中，并在一定的温度下进行热处理，以在导电玻璃表面形成电子传输层，从而提高器件的整体光伏性能；然后在电子传输层的表面依次形成cspbcl3薄膜和电极层，形成结构完整的太阳能电池。该太阳能电池基于碳基无空穴传输层结构，一方面避免了有机材料的使用，提高了器件的稳定性，另一方面采用碳电极作为电池的正极，避免了蒸镀金属电极的高成本和繁琐工艺。

28、(2)本发明提供的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，具有制备快速、稳定性好、操作简单、经济成本低的优点。更为重要的是，所制备的钙钛矿太阳能电池具有较高的开路电压，在低功耗电子充电电池、室内采光以及光电化学水解等领域有着良好的应用前景。

技术特征：

1.一种cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述ticl4水溶液的浓度为0.02-0.06mol/l；和/或，所述ticl4水溶液的温度为25-100℃。

3.根据权利要求1所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述热处理的温度为45-350℃；和/或，所述热处理的时间为15-45分钟。

4.根据权利要求1所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述导电玻璃为掺杂氟的二氧化锡导电玻璃或氧化铟锡导电玻璃。

5.根据权利要求1所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述cspbcl3薄膜的形成过程为：先在所述导电基板的表面涂覆cspbbr3薄膜，然后将其置于含氯离子的混合溶液中，再进行加热处理和/或光照处理，使所述混合溶液中的氯离子取代溴离子，生成所述cspbcl3薄膜。

6.根据权利要求5所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述混合溶液为三甲基氯硅烷的异丙醇溶液和/或hcl甲醇的异丙醇溶液。

7.根据权利要求1所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述碳电极层的形成过程为：将碳电极印刷至所述cspbcl3薄膜的表面，然后进行退火处理，形成所述碳电极层。

8.根据权利要求7所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述退火处理的温度为110-130℃。

9.一种cspbcl3钙钛矿太阳能电池，其特征在于，由权利要求1至9任意一项所述的制备方法制得。

10.根据权利要求9所述的cspbcl3钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括导电玻璃，所述导电玻璃的表面由内到外依次设置有电子传输层、cspbcl3薄膜和电极层。

技术总结
本发明属于太阳能电池技术领域，具体公开了一种具有高开路电压的CsPbCl<subgt;3</subgt;钙钛矿太阳能电池及其制备方法。其中：制备方法包括以下步骤：将覆有TiO<subgt;2</subgt;薄膜的导电玻璃浸渍于TiCl<subgt;4</subgt;水溶液中，然后进行热处理，形成带电子传输层的导电基板；在导电基板表面依次形成CsPbCl<subgt;3</subgt;薄膜和碳电极层。本发明先将层电玻璃浸渍于TiCl<subgt;4</subgt;水溶液中，并在一定的温度下进行热处理，以在导电玻璃表面形成电子传输层，从而提高器件的整体光伏性能；然后在电子传输层的表面依次形成CsPbCl<subgt;3</subgt;薄膜和电极层，形成结构完整的太阳能电池。本发明制备的CsPbCl<subgt;3</subgt;钙钛矿太阳能电池具有高开路电压。

技术研发人员：曹小兵,周建,苏庚扬
受保护的技术使用者：五邑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16