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技术领域，具体说是一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]迄今为止，已经报道的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到了 17.9%。作为第三代太阳能电池，钙钛矿太阳能电池以其较高的光电转换效率以及低成本易制备的特点，受到越来越多人的关注。然而，常规的钙钛矿太阳能电池采用的热蒸镀的方式沉积贵金属对电极，无论是材料成本还是制备过程的能耗，都相当高，除此之外，常规钙钛矿太阳能电池需要使用到空穴传输材料作为电子阻挡层，而空穴传输材料非常昂贵，目前售价超过金的10倍，而且存在稳定性差的问题。这些都极大地阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化发展。
[0003]目前钙钛矿太阳能电池制备工艺中均为先沉积钙钛矿吸光材料，最后使用热蒸发技术沉积对电极层，先沉积钙钛矿和空穴传输层，再沉积对电极层时，沉积对电极的过程中很有可能破坏钙钛矿层和空穴传输层，同时存在接触不良或者短路的问题，这些对太阳能电池的产品质量和合格率都会造成严重的影响。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种成本低廉的钙钛矿太阳能电池。
[0005]本发明的另一目的是提供制备工艺简单、具有很高的实用价值的该成本低廉的钙钛矿太阳能电池的制备方法。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种钙钛矿太阳能电池，具有导电玻璃导电层、阻挡层、介孔层、对电极层和钙钛矿吸光层，所述导电玻璃导电层由绝缘带分隔成正极区域和负极区域，所述阻挡层涂覆于所述导电玻璃导电层的负极区域上，所述介孔层位于所述阻挡层上，所述对电极层覆盖于所述介孔层、绝缘带及导电玻璃导电层的正极区域上，所述钙钛矿吸光层涂覆于所述对电极层的外表面。
[0007]进一步的设计方案中，所述阻挡层的材料为致密的二氧化钛；所述介孔层的材料为介孔二氧化锆；所述对电极层的材料为介孔石墨碳黑混合物。
[0008]进一步的设计方案中，所述阻挡层厚18-22纳米，所述介孔层厚450-550纳米，所述对电极层厚9-11微米。
[0009]更进一步的设计方案中，所述钙钛矿吸光层采用钙钛矿溶液涂覆而成，所述钙钛矿溶液为碘化铅与碘甲胺的γ - 丁内酯溶液，碘化铅的摩尔浓度为1.0-1.5摩尔/升，碘甲胺的摩尔浓度为1.2-1.8摩尔/升)。
[0010]上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下具体步骤: I )、刻蚀导电玻璃导电层:使用波长为1064纳米的红外激光器在导电玻璃导电层上刻蚀一条绝缘带，使得导电玻璃基板上形成互不导通的正极区域和负极区域。
[0011]2)、喷涂阻挡层:在400 ~ 450 oC温度下，在导电玻璃的负极区域表面上喷涂质量浓度为0.05-0.10%的四氯化钛溶液，烧结后形成一层致密的二氧化钛阻挡层。
[0012]3)、印刷介孔层:使用丝网印刷技术，在阻挡层上印刷一层二氧化锆浆料，二氧化锆浆料中二氧化锆颗粒粒径为60-100纳米，印刷后以5 oC/分钟的速率升温至500 oC并保温30分钟，形成介孔层。
[0013]4)、印刷对电极层:使用丝网印刷技术，在介孔石墨碳黑及导电玻璃导电层的正极区域上印刷一层碳浆料，印刷后以8 oC/分钟的速率升温至420 oC并保温30分钟，形成对电极层。
[0014]5)、涂覆钙钛矿吸光层:按碘化铅和碘甲胺的摩尔比为1:1.2的比例将在碘化铅和碘甲胺溶于γ - 丁内酯中配制钙钛矿溶液，在60oC-80oC温度下，在对电极层外表面涂覆一层钙钛矿溶液，烘干后即制得钙钛矿太阳能电池。
[0015]进一步的设计方案中，二氧化锆浆料的配制方法为:取粒径60-100纳米的二氧化锆粉末与乙基纤维素加入到松油醇与乙醇的混合液中，在行星式球磨机中球磨24小时后取出，蒸发去除乙醇，即得到二氧化锆浆料，其中，二氧化锆粉末与乙基纤维素的质量比为2:1,松油醇与乙醇的体积比为2:1。
[0016]进一步的设计方案中，碳浆料的配制方法为:将石墨与炭黑混合，加入石墨碳黑总质量的2%的二氧化锆颗粒，分散在松油醇与乙醇的混合液中，超声40分钟后，在行星式球磨机中球磨24小时，蒸发去除乙醇，即得碳浆料，其中，石墨与炭黑的质量比为13:4，松油醇与乙醇的体积比为4:3。
[0017]步骤5中涂覆妈钛矿溶液的操作可以在水平热台上进行。
[0018]本发明具有以下突出的有益效果:
本发明的钙钛矿太阳能电池采用廉价对电极材料替代了贵金属对电极材料，且不需要使用价格昂贵的空穴传输材料，极大地降低了成本，同时，采用碳浆料制备的对电极层的比表面积要比常规的平板电极要大得多，这有利于电极表面电荷的交换，可以有效降低器件的内阻，使得所制备的器件具有更优的光电转换效率；采用介孔碳材料作为骨架，稳定、不易发生形变，沉积钙钛矿的过程中，介孔材料层不会发生变化，同时使得钙钛矿吸光材料和对电极具有更大的接触面积，有利于电荷交换。
[0019]本发明的钙钛矿太阳能电池的制备方法充分利用低成本的丝网印刷技术，生产工艺简单，能耗远低于蒸镀技术，且利于大规模生产，极具应用前景。在制备过程中是先使用印刷技术沉积对电极层(顶电极层)，然后进行钙钛矿吸光材料的填充，采用介孔碳材料作为骨架，稳定、不易发生形变，沉积钙钛矿的过程中，介孔材料层不会发生变化，同时使得钙钛矿吸光材料和对电极具有更大的接触面积，有利于电荷交换，有效地避免了可能破坏钙钛矿层和空穴传输层及产品出现接触不良或者短路的问题。
【附图说明】
[0020]图1是实施例1制得的钙钛矿太阳能电池的俯视图；
图2是图1及图3中A-A截面尚]视图； 图3是实施例2制得的钙钛矿太阳能电池的俯视图；
图中，1-导电玻璃导电层的正极区域，2-绝缘带，3-导电玻璃导电层的负极区域，4-阻挡层，5-介孔层，6-对电极层，7-妈钛矿吸光层。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明:
实施例1
参见图1和图2，首先，使用红外激光器(波长1064纳米)在尺寸为2.0 cm X 2.0 cm的FTO导电玻璃导电层上距离其中一边边缘0.8 cm处刻蚀一条与该边平行的绝缘带2，绝缘带2宽0.05 cm，把导电玻璃分割成正极区域I (尺寸为0.8 cmX2.0 cm)和负极区域3(尺寸为1.2 cmX2.0 cm)，使得导电层不能完全导通，刻蚀之后的导电玻璃依次使用洗涤剂、蒸馏水和无水乙醇进行超声清洗。
[0022]然后于450 oC温度条件下在导电玻璃的负极区域3表面上喷涂质量浓度0.05%的四氯化钛溶液，形成一层厚22纳米的致密的阻挡层4。
[0023]取8g粒径为60纳米的二氧化锆粉末与4g乙基纤维素加入到30ml松油醇与15mL乙醇溶液中，在行星式球磨机中球磨24小时后取出，蒸发去除乙醇，即得到二氧化锆浆料，用配制好的二氧化错楽.料在上述的阻挡层4上印刷一层尺寸为0.8 cmX0.8 cm的二氧化锆浆料层，以5 oC/分钟的速率升温至500 oC并保温30分钟，烧结后形成厚450纳米的介孔层5。
[0024]将6.5g石墨与2g炭黑混合，加入石墨碳黑总质量的2%的二氧化锆颗