一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电池领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]钙钛矿太阳能电池具有光电转化效率高，成本低，制备工艺简单等优势，被认为是目前最具发展前景的新兴光伏器件。典型的钙钛矿太阳能电池是由在透明导电基底上依次沉积的电子传输层、具有钙钛矿结构的光吸收层、空穴传输层和金属对电极构成。最常用的金属对电极是金和银，通过在高真空条件下热蒸发的方法制备而成。无疑，贵金属和高真空热蒸镀技术的使用推高了钙钛矿太阳能电池的制造成本，不利于钙钛矿太阳能电池的大规模应用和商业化生产。
[0003]为了降低钙钛矿太阳能电池的成本，目前有人制备出了使用碳对电极的钙钛矿太阳能电池，并取得了较高的光电转化效率。但是，迄今为止，无论是金属对电极还是碳对电极都是直接沉积在已经制备完成的钙钛矿电池的其它功能层上，这就要求对电极所用材料与制备方法必须与已经制备好的功能层相容，不能对已经制备好的功能层造成破坏或干扰。这种材料与工艺相容性的要求使钙钛矿太阳能电池的制备方法受到了很大的限制。
【发明内容】
[0004]现有的钙钛矿太阳电池制备技术中，对电极直接沉积在已经制备好的功能层上，为避免对电极制备过程中对已经制备好的各功能层造成破坏和干扰，需要仔细地选择对电极材料和制备工艺。针对工艺兼容性问题给现有钙钛矿太阳电池制备技术所带来的困扰，本发明的目的之一在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。
[0005]为达上述目的，本发明采用如下技术方案:
[0006]一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，钙钛矿太阳能电池的对电极和除对电极之外其它部分分别单独制备，然后再将两部分组装成完整的钙钛矿太阳能电池器件。
[0007]由于对电极单独制备，避免了制备对电极的过程中对已经制备好的钙钛矿太阳电池的其它功能层造成破坏和干扰，显著拓宽了可供选择的钙钛矿太阳电池制备材料和制备工艺范围。
[0008]作为优选，本发明所述的制备方法，包括在透明导电基底上制备钙钛矿太阳电池除对电极之外的其它部分，再单独制备对电极，然后将对电极和电池的其它部分组装成为完整的电池器件。
[0009]作为优选，本发明所述的制备方法，其中，对电极由能够与电池的其它部分形成良好电接触的材料构成。即具有能够与钙钛矿太阳能电池的空穴传输层或光吸收层或其它适当的功能层等形成良好电接触的性质。
[0010]已有的制备技术无一例外地都是把对电极直接沉积在已经制备好的其它功能层上，差别仅在于所选的沉积方法和材料种类。不仅是钙钛矿太阳电池，还有固态染料敏化太阳电池器件和有机光伏器件的制备技术也都是后沉积的功能层直接沉积在已经制备好的功能层上。可见直接沉积已经成为本领域的思维定势；而且根据本领域的一般知识可知沉积在分离的基片上再组装的方法很可能会造成层间接触不良的问题。而本发明却发现在拟组装的两部分中保证至少有一部分具有良好弹性或柔性，能够在外力作用下与另一部分形成良好的接触的情况下时，可进行分别制备然后再组装。
[0011]作为优选，本发明所述的制备方法，其中，所述对电极的材料为柔性碳膜，优选为海绵状碳膜。
[0012]作为优选，本发明所述的制备方法，其中，所述海绵状碳膜的厚度为1-100微米，例如为5微米、15微米、30微米、50微米、75微米、90微米等。
[0013]作为优选，本发明所述的制备方法，其中，所述海绵状碳膜可以沉积在导电基底上，以方便电池器件的组装。
[0014]本发明对钙钛矿太阳电池除对电极之外的其它部分的材料、器件结构和制备工艺没有特别限定，可以选用本领域中常规的材料、器件结构和制备工艺。
[0015]作为优选，本发明所述的制备方法，其中，所述导电基底为选自掺氟的二氧化锡导电玻璃、氧化铟锡导电玻璃、镀氧化铟锡的聚对苯二甲酸乙二醇酯、镀氧化铟锡的聚萘二甲酸乙二醇酯、碳、石墨和导电金属中的一种或多种。
[0016]作为优选，本发明所述的制备方法，其中，所述的组装是指将分别单独制备的对电极与电池的适当功能层相接触构成器件的过程。即将单独制备的对电极与钙钛矿太阳电池的空穴传输层或光吸收层或其它适当的功能层形成良好电接触以构成完整器件的工艺过程，包括但不限于将对电极覆盖在钙钛矿太阳电池的空穴传输层或光吸收层或其它适当的功能层上并保持压紧的方法。
[0017]本发明的目的之一还在于提供本发明所述的制备方法制备得到的钙钛矿太阳能电池。
[0018]由于对电极单独制备，避免了制备对电极的过程中对已经制备好的钙钛矿太阳电池的其它功能层造成破坏和干扰，显著拓宽了可供选择的钙钛矿太阳电池制备材料和制备工艺范围。并且本发明提供的制备方法工艺简单，易于规模化生产。
【附图说明】
[0019]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0020]图1为本发明提供的钙钛矿太阳电池制备方法示意图；
[0021]图2为实施例3制得的海绵状碳电极的扫描电子显微镜图片，其中(a，b)为顶视图，(C)为截面图；
[0022]图3为碳电极的X射线能谱分析结果，除碳以外的其它元素信号来自于导电玻璃基底;
[0023]图4为碳纳米颗粒的透射电子显微图片；
[0024]图5为测试例1、测试例2和测试例3得到的钙钛矿太阳电池的光电流-电压曲线图。
【具体实施方式】
[0025]为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0026]图1为本发明提供的钙钛矿太阳电池制备方法示意图。
[0027]实施例1
[0028]I)对电极的制备
[0029]如图1所示，将带有氟掺杂二氧化锡透明导电涂层的玻璃(FTO导电玻璃)置于蜡烛的火焰上方2厘米处收集烟灰，收集时间为5秒，得到对电极El。
[0030]用扫描电子显微镜(SEM)对所得样品进行观察，发现在FTO导电玻璃上得到了厚度大约为16.5微米的均匀薄膜，薄膜由尺度为几十纳米的颗粒堆积而成，具有疏松多孔的特点。进一步使用X射线能量色散谱(EDS)和透射电子显微镜对所得样品进行分析，发现构成薄膜的纳米颗粒为富含结构缺陷的石墨化碳球。
[0031]2)电池其它部分的制备
[0032]电池其它部分的制备采用本领域常用的制备方法，具体如下:
[0033]将FTO导电玻璃切割成规格为1.5X1.5平方厘米的正方形。取适量锌粉，均匀涂覆于需要刻蚀的FTO导电玻璃的导电面。滴加适量4mol/L的盐酸溶液，反应2分钟左右，得到所需要的图案。将刻蚀好的FTO导电玻璃依次用洗洁精、丙酮、乙醇、异丙醇和去离子水超声清洗20-30分钟，然后用氮气吹干。在FTO导电玻璃表面旋涂酸性异丙醇钛的异丙醇溶液，制备致密的二氧化钛层。在致密二氧化钛层上旋涂二氧化钛浆料，制备介孔二氧化钛层。然后将PblJA二甲基甲酰胺(DMF)溶液旋涂于介孔二氧化钛层上，干燥后冷却至室温，然后将样品浸入CH3NH