一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池及其制备方法_4

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3%的甲胺乙醇溶液:重量百分比浓度为57 %的碘化氢溶液= 3:1将两种溶液混合后放入到250mL的圆底烧瓶内,在0°C下,利用恒温磁力搅拌器不停搅拌2小时,搅拌完毕后利用旋转蒸发仪在50°C下通过旋转蒸发去除溶剂,之后将获得的白色固体用乙醚清洗三次,具体清洗步骤为:先将前述获得的白色固体重新全部溶解在乙醇中,再不断地添加干乙醚析出沉淀物,此过程重复两次,最后将得到的白色固体放入到真空干燥箱中,在60°C和真空度为5 X 14Pa的条件下干燥24小时,制得CH3NH3I;
[0123]A-2.成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液的制备:
[0124]将摩尔比为质量百分比为99.999 %的PbCl2:上述A-1步制得的CH3NH3I = I: 3混合,并溶解在质量百分比纯度为99.9 %的N,N-二甲基甲酰胺中,使得PbCl2的浓度为IM,CH3NH3I的浓度为2M,在室温下,放到磁力搅拌器中搅拌12小时,制得成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液,待用;
[0125]A-3.以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜:
[0126]将经第二步制得的以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层整体放到旋涂仪上,其中电子空穴复合抑制结构层在上,取所需量的由上述A-2步制得的成分为CH3NH3PbI3的钙钛矿前驱溶液旋涂到电子空穴复合抑制结构层上,将旋涂仪转速加速到6000rpm并保持这样的转速旋涂30秒,得到以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜;
[0127]A-4.热处理:
[0128]将上述A-3步得到的以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层的湿膜整体放入到烘箱中进行热处理,先在90°C下热处理I小时,再加热至100°C并保温25分钟,由此以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层,该钙钛矿光吸收层的厚度为30um,并且P型薄膜晶硅层与钙钛矿光吸收层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结;
[0129]第四步,在钙钛矿光吸收层上制作由致密二氧化钛构成的电子传输层:
[0130]同实施例1;
[0131]第五步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备铜构成的薄层背电极:
[0132]在上述第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备铜构成的薄层背电极,具体操作方法是采用如下的磁控溅射方法:
[0133]将上述第四步所制得制品的整体放置入超真空直流磁控溅射设备中,不使用掩模版,对第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层进行镀膜,溅射靶采用质量百分比纯度>99.99%的铜,以质量百分比纯度为99.999%的Ar作为溅射气体通入溅射腔内,在真空度为4.0 X 10—4Pa、氩气流量为20cm3/秒、靶基距为1cm和工作电流为IA的条件下,溅射75分钟后,即在第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备得铜构成的薄层背电极;
[0134]至此,最终制得一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池,是一种具有电子空穴复合抑制结构层的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池,由以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底、厚度为2000nm的P型薄膜晶硅层、厚度为200nm的电子空穴复合抑制结构层、成分为CH3NH3PbI3厚度为15um的钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和铜构成的薄层背电极构成,其中,钙钛矿光吸收层与P型薄膜晶硅层具备相匹配的能级,在P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间加有S12构成的电子空穴复合抑制结构层;其组成顺序方式是:P型薄膜晶硅层置于以玻璃为基底的FTO透明氧化物导电层的透明导电基底上面,电子空穴复合抑制结构层被制备在P型薄膜晶硅层上,钙钛矿光吸收层置于电子空穴复合抑制结构层的上面,并与P型薄膜晶硅层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结,由致密二氧化钛构成的电子传输层置于钙钛矿光吸收层上面,铜构成的薄层背电极极置于由致密二氧化钛构成的电子传输层上面,以上六个功能层依次叠加,构成此一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。
[0135]实施例4
[0136]本实施例的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法,步骤如下:
[0137]第一步,在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上制备P型薄膜晶娃层:
[0138]同实施例1;
[0139]第二步,在P型薄膜晶硅上制备电子空穴复合抑制结构层:
[0140]同实施例1;
[0141]第三步,在电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层:
[0142]在上述第二步制得的在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层,采用以下旋涂+浸渍法:
[0143]B-1.CH3NH31 的制备:
[0144]同上述实施例1的A-1步;
[0145]B-2.CH3NH3Cl 的制备:
[0146]与制备上述CH3NH3I的过程一样,区别在于:用重量百分比浓度为37%的盐酸替换重量百分比浓度为57%的碘化氢溶液,按体积比为重量百分比浓度33 %的甲胺乙醇溶液:重量百分比浓度3 7 %的盐酸=4: 3将两种溶液混合,其他步骤与制备CH3NH31 —样,制得CH3NH3Cl ;
[0147]B-3.在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂PbI2薄膜:
[0148]将质量百分比纯度为99.999%PbI2溶解在质量百分比纯度为99.9%的1^二甲基甲酰胺中,使得该PbI2溶液的浓度为0.5M,并在70°C下搅拌以至形成澄清明亮的黄色PbI2溶液,在旋涂之前,将第一步制得的在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层和上述黄色PbI2溶液的温度加热至60°C,然后将第二步制得的在透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层整体放在旋涂仪上,其中电子空穴复合抑制结构层在上,取所需量的上述得到的黄色PbI2溶液旋涂到P型薄膜晶硅层上,将旋涂仪转速加速到3000rpm并保持这样的转速旋涂10秒,再经干燥处理10分钟,在透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上得到旋涂PbI2薄膜,该薄膜厚度为I Onm;
[0149]B-4.将上述B-3步所得在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂的PbI2薄膜变成由CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3^H3NH3PbI2Cl 和 CH3NH3PbICl2 混合构成的薄膜:
[0150]将所需量的经上述B-1步制得的CH3NH3I和经上述B-2步制得的CH3NH3Cl分别溶解在质量百分比纯度为99.9%的N,N-二甲基甲酰胺中,得到的两种溶液的浓度同为lmg/mL,再按照体积比为CH3NH31的N,N-二甲基甲酰胺溶液:CH3NH3Cl的N,N-二甲基甲酰胺溶液=I:0.1将其混合,先将该混合溶液和由B-3步所得在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂的PbI2薄膜预热至60°C,再将该PbI2薄膜充分地浸入上述混合溶液中与之反应,静置5分钟后取出,上述B-3步所得的 PbI2 薄膜变成由 CH3NH3PbI3JH3NH3PbCl3XH3NH3PbI2Cl 和 CH3NH3PbICl2 混合构成的薄膜
[0151]B-5.热处理:
[0152]将上述第三步的B-4步所制得的在以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂有由CH3NH3PbI3、CH3NH3PbCl3XH3NH3PbI2Cl和CH3NH3PbICl2混合构成的薄膜的整体放入到烘箱中进行热处理,先在90°C下保温I小时,再加热至100°C并保温25分钟,由此在电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层,该钙钛矿光吸收层的厚度为0.05um,并且P型薄膜晶硅层与钙钛矿光吸收层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结;
[0153]第四步,在钙钛矿光吸收层上制作由致密二氧化钛构成的电子传输层:
[0154]同实施例1;
[0155]第五步,在由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备铝构成的薄层背电极:
[0156]在上述第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备铝构成的薄层背电极,具体操作方法是采用如下热蒸镀方法:
[0157]将上述第四步所制得制品的整体放置入真空镀膜机中,对第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层进行镀膜,在150V的电压下使用电阻丝加热真空镀膜机,在真空度为I X 10—4Pa和温度为室温至150°C条件下,用蒸发镀铝的方法,蒸镀12秒,即在第四步制备成的由致密二氧化钛构成的电子传输层上制备得铝构成的薄层背电极;
[0158]至此,最终制得一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池,是一种具有电子空穴复合抑制结构层的薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池,由以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底、厚度为1nm的P型薄膜晶硅层、厚度为Inm的电子空穴复合抑制结构层、成分为 CH3NH3Pbl3、CH3NH3PbCl3、CH3NH3Pbl2Cl 和 CH3NH3PbICl2 混合构成的薄膜厚度为 0.05um 的钙钛矿光吸收层、由致密二氧化钛构成的电子传输层和铝构成的薄层背电极构成,其中,钙钛矿光吸收层与P型薄膜晶硅层具备相匹配的能级,在P型晶硅薄膜层与钙钛矿光吸收层之间加有S12构成的电子空穴复合抑制结构层;其组成顺序方式是:P型薄膜晶硅层置于以玻璃为基底的AZO透明氧化物导电层的透明导电基底上面,电子空穴复合抑制结构层被制备在P型薄膜晶硅层上,钙钛矿光吸收层置于电子空穴复合抑制结构层的上面,并与P型薄膜晶硅层形成薄膜晶硅钙钛矿异质结,由致密二氧化钛构成的电子传输层置于钙钛矿光吸收层上面,铝构成的薄层背电极置于由致密二氧化钛构成的电子传输层上面,以上六个功能层依次叠加,构成此一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池。
[0159]实施例5
[0160]本实施例的一种薄膜晶硅钙钛矿异质结太阳电池的制备方法,步骤如下:
[0161]第一步,在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层的透明导电基底上制备P型薄膜晶娃层:
[0162]同实施例2;
[0163]第二步,在P型薄膜晶硅上制备电子空穴复合抑制结构层:
[0164]同实施例2;
[0165]第三步,在电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层:
[0166]在上述第二步制得的以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂钙钛矿光吸收层,采用以下旋涂+浸渍法:
[0167]B-1.CH3NH31 的制备:
[0168]同上述实施例2的A-1步;
[0169]B-2.CH3NH3Cl 的制备:
[0170]与制备上述CH3NH3I的过程一样,区别在于:用重量百分比浓度为37%的盐酸替换重量百分比浓度为57%的碘化氢溶液,按体积比为重量百分比浓度33 %的甲胺乙醇溶液:重量百分比浓度37 %的盐酸=4.5: 3将两种溶液混合,其他步骤与制备CH3NH3I—样,制得CH3NH3Cl ;
[0171]B-3.在以玻璃为基底的ITO透明氧化物导电层的透明导电基底上的P型薄膜晶硅层上的电子空穴复合抑制结构层上旋涂
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