一种钙钛矿太阳能电池的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及I丐钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cells)领域，特别涉及到一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。
【背景技术】
[0002]有机无机杂化钙钛矿材料由于其具有载流子迀移率高扩散长度长、光学禁带宽度可调、双极性传输等特性被科学家引入到有机太阳能电池中，有效地提高了该类太阳能电池的效率。通过各种优化，目前国际上基于此类材料的薄膜太阳能电池的效率已经达到 19.3% (H.Zhou, Q.Chen, et al.1nterface engineering of highly efficientperovskite solar cells.Science, 345, 6196, 542-546，2014.)，具有很广的应用前景。
[0003]传统的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池的制作流程一般是先在导电玻璃上利用旋凃法沉积η或P型导电层，然后在其上面旋凃法沉积CH3NH3PbIJl作为光吸收层，再旋凃一层P或η型导电层，最后热蒸镀或磁控派射一层金属背电极，形成n-1-p或p-1-n型结构。但目前，这种方式不易制备大面积的太阳能电池且原料利用率低。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，以提高原料利用率。
[0005]为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括:
[0006]在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积P型有机导电层；
[0007]采用超声喷涂方法在P型有机导电层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层；
[0008]在CH3NH3PbI3层上沉积η型有机导电层；
[0009]在η型有机导电层上沉积金属电极层。
[0010]上述技术方案具有如下有益效果:利用超声喷涂方法制备，可以提高原料使用率，降低生产成本，实现大面积生产。
【附图说明】
[0011]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0012]图1为本发明实施例一种钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图；
[0013]图2为应用本发明实施例所述方案制备的倒置结构的钙钛矿太阳能电池器件结构图；
[0014]图3为本发明应用实例喷涂装置图；
[0015]图4为本发明第I应用实例制备的钙钛矿太阳能电池结构中CH3NH3PbI^表面电子显微镜图；
[0016]图5为本发明第2应用实例制备的钙钛矿太阳能电池结构中CH3NH3PbI^表面电子显微镜图；
[0017]图6为本发明在AM1.5G光照下，第I应用实例和第2应用实例的钙钛矿太阳能电池的伏安特性曲线。
【具体实施方式】
[0018]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019]如图1所示，为本发明实施例一种钙钛矿太阳能电池的制备方法流程图，所述方法包括:
[0020]101、在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积P型有机导电层；
[0021]102、采用超声喷涂方法在P型有机导电层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的 CH3NH3PbI3层；
[0022]103、在CH3NH3PbI3层上沉积η型有机导电层；
[0023]104、在η型有机导电层上沉积金属电极层。
[0024]采用超声喷涂方法在P型有机导电层上沉积一层有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbIJl，可以提高原料使用率，降低生产成本，实现大面积生产。
[0025]优选的，所述在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积P型有机导电层，包括:采用超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积P型有机导电层。采用超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积P型有机导电层，可以进一步提高原料使用率，降低生产成本，实现大面积生产。
[0026]进一步地，优选的，所述的ITO导电玻璃层的方块电阻是20-30 Ω，透过率在80% -90% ;所述的P型有机导电层为聚(3，4_乙烯二氧噻吩)PED0T:聚苯乙烯磺酸PSS，层厚为20-40nm。
[0027]进一步地，优选的，采用超声喷涂方法在氧化铟锡ITO导电玻璃上沉积P型有机导电层的工艺参数为:PED0T:PSS与异丙醇IPA前驱液的体积比为1:10，喷涂流量为150 μ I/min，载气为氮气，沉积温度50°C，退火温度为150°C。
[0028]优选的，所述的有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层的层厚为300_500nm。
[0029]优选的，所述超声喷涂方法，包括:通过一步喷涂有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3的前驱液的超声喷涂方法，或者通过两步法的超声喷涂方法:先热蒸镀PbI 2层，再喷涂CH3NH3I前驱液。两步法的超声喷涂方法比一步喷涂有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3的前驱液的超声喷涂方法，制得的钙钛矿薄膜更平整，更致密，基本上没有孔洞，因此原料利用率更高，更加容易制备大面积的太阳能电池。
[0030]进一步地，优选的，通过一步的超声喷涂有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI^前驱液的的质量分数是I %，摩尔比CH3NH3I = PbI2= 1:0.75，喷涂流量为150μ1/π?η，载气为氮气，沉积温度75 °C，退火温度为100°C。
[0031]或者，优选的，通过两步法的超声喷涂方法，先热蒸镀70nm厚的Pbljl，再喷涂10mg/ml的CH3NH3I异丙醇IPA前驱液，喷涂流量为150 μ 1/min，载气为氮气，沉积温度75 °C，退火温度为100 °C。
[0032]优选的，所述的在CH3NH3PbIJl上沉积η型有机导电层，包括:通过旋凃法在CH3NH3PbIJl上沉积η型有机导电层；所述的η型有机导电层是碳60及其衍生物PC 61ΒΜ，层厚为 50-100nm。
[0033]优选的，所述的在η型有机导电层上沉积金属电极层，包括:通过热蒸镀或磁控溅射方法在η型有机导电层上沉积金属电极层；所述的金属电极层是如下电极层的一种:A1电极、Au电极、Ag电极；层厚为120nm。
[0034]针对现有技术中有机无机杂化钙钛矿太阳能电池已有的制备工艺所存在的不足，本发明实施例通过超声喷涂利用较低的超声波振动能量，对流经超声波换能器前端的液体进行雾化，产生微米级甚至纳米级的细小液滴；通入适当压力的压缩气体，使雾化小液滴在气流作用下，更加细小、均匀，从而达到对待涂物体表面进行精密薄膜沉积的目的。采用超声喷涂工艺制备钙钛矿太阳能电池具有很大的应用潜力，该工艺可以提高原料使用率，降低生产成本适用于制备大面积的钙钛矿太阳能电池。
[0035]如图2所示，为应用本发明实施例所述方案制备的倒置结构的钙钛矿太阳能电池器件结构图，其中包括:透明衬底1、透明导电层2、P型有机导电层3、钙钛矿层4、η型有机导电层5、金属电极层6，其制备方案为:首先，选择方块电阻是20-30 Ω，透过率在80% -90%的ITO玻璃作为衬底材料，该衬底材料的透明衬底I上具有透明导电层2，具体步骤包括:1、利用精密超声喷涂法沉积20-40nm厚的PEDOT:PSS。2、通过一步喷涂有机无机杂化钙钛矿结构的CH3NH3PbI3的前驱液的超声喷涂方法，或者通过两步法的超声喷涂方法:先热蒸镀PbI2层，再喷涂CH3NH3I前驱液，制备300_500nm厚的CH3NH3PbIJl。如图3所示，为本发明应用实例喷涂装置图，其中包括:热台U、衬底12、前驱液喷雾13、超声喷头14、压缩气体15。3、利用旋凃法制备50-100nm厚的η型有机导电层PCBM。4、利用热蒸镀或磁控溅射方法制备120nm厚的金属电极。
[0036]以下通过两个应用实例详细说明:
[0037]第I应用实例:
[0038]1、选择方块电阻是20 Ω，透过率在80% -90%的ITO玻璃作为衬底材料，实验前衬底分别在去离子水，丙酮，酒精中超声15min。
[0039]2、P型有机导电层PEDOT:PSS的制备
[0040](I) PEDOT:PSS异丙醇(IPA)前驱液的配制
[0041]PEDOT:PSS异丙醇(IPA)前驱液的体积比PEDOT: PSS:1PA = 1:10，使用之前超声处理15min，使用前用孔径为0.45 μ m的滤纸过滤。
[0042](2)完成PEDOT:PSS层的制备
[0043]将过滤好的PEDOT:PSS前驱液，喷涂至50°C的ITO衬底上，喷涂流量为150 μ I/min,喷涂时间4min，之后在150°C的热台上退火20min，得到厚度为20_40nm的PEDOT:PSS层。
[0044]3、有机无机杂化钙钛矿的CH3NH3PbI3层制备
[0045](I)CH3NH3PbI3二甲基甲酰胺(DMF)前驱液的配制
[0046]前驱液的质量分数是1%，摩尔比CH3NH31:PbI2 = 1:0.75，70°C搅拌过夜。
[0047](2)完成 CH3NH3PbI3层的制备
[0048]将搅拌好的CH3NH3Pb 13二甲基甲酰胺(DMF)前驱液，喷涂至75 °C