一种二元金属复合钙钛矿材料、制备方法及其应用_2

文档序号:9752868阅读:来源:国知局

[0045]使用真空蒸发镀膜设备,在所述空穴传输层上蒸镀一层厚度为60nm~150nm的Au 或Ag电极,得到固态的二元金属复合钙钛矿太阳能电池。
[0046]本发明提供第四种应用上述的二元金属复合钙钛矿材料制备太阳能电池的方法, 包括以下步骤:
[0047]步骤(1)电子阻挡层的制备
[0048] 在镀了掺氟氧化锡FT0的导电玻璃上,400°C~600°C条件下,将0.005mol/L~ 0.0 5mo 1 /L的乙酰丙酮镍乙腈溶液,通过热喷涂的方法沉积1 Onm~50nm厚的致密Ni 0电子阻 挡层;
[0049] 步骤(2)二元金属复合钙钛矿材料吸光层的制备
[0050] 取50yL~lOOOyL所述的二元金属复合钙钛矿溶液旋涂在电子阻挡层上,在70°C~ 150°C条件下,加热10分钟~120分钟,使二元金属复合钙钛矿材料溶剂挥发形成一层200nm ~lOOOnm的二元金属复合|丐钛矿吸光层;
[0051]步骤(3)电子传输层的制备
[0052] 将PCBM溶液旋涂在所述钙钛矿吸光层上后在70°C~100°C下加热,形成一层50nm ~200nm的电子传输层;
[0053]步骤(4)界面修饰层的制备
[0054]将BCP、LiF、Ti0x或Ca等材料通过旋涂或蒸镀在所述电子传输层上,形成一层lnm ~20nm界面修饰层;
[0055]步骤(5)金属对电极的制备
[0056] 在界面修饰层上蒸镀一层厚度为60nm~150nm的A1或Ag电极,得到固态的二元金 属复合钙钛矿太阳能电池。
[0057]本发明提供第五种上述的二元金属复合钙钛矿材料制备太阳能电池的方法,包括 以下步骤:
[0058]步骤(1)空穴传输层的制备
[0059] 将PED0T:PSS溶液旋涂在清洗干净的ΙΤ0玻璃上,形成一层20nm~100nm空穴传输 层;
[0060]步骤(2)二元金属复合钙钛矿材料吸光层的制备
[00611 取50yL~lOOOyL所述的二元金属复合钙钛矿溶液旋涂在空穴传输层上,在70°C~ 150°C条件下,加热10分钟~120分钟,使二元金属复合钙钛矿材料溶剂挥发形成一层200nm ~lOOOnrn的二元金属复合妈钛矿材料吸光层;
[0062]步骤(3)电子传输层的制备
[0063] 将PCBM溶液旋涂在所述钙钛矿吸光层上后在70°C~100°C下加热,形成一层50nm ~200nm的电子传输层;
[0064]步骤(4)界面修饰层的制备
[0065]将BCP、LiF、Ti0x或Ca等材料通过旋涂或蒸镀在所述电子传输层上,形成一层lnm ~20nm界面修饰层;
[0066]步骤(5)金属对电极的制备
[0067] 在界面修饰层上蒸镀一层厚度为60nm~150nm的A1或Ag电极,得到固态的二元金 属复合钙钛矿太阳能电池。
[0068]总体而言,按照本发明的二元金属复合钙钛矿材料(结构式为,其中 0〈m〈 1,A为 CH3NH〖或 IN H 2CH=N H2 中的一种#为?132+;82为1%2+、0& 2+或8&2+中的一种;父至 少为Cl-、Br-或Γ中的一种。)与现有铅卤钙钛矿材料(CH 3NH3PbI3、NH2CH = NH2PbI3等)相比, 优点在于:卤化镁、卤化钙、卤化钡原料易得廉价。以Mg2+、Ca2+、Ba2+部分取代现有铅卤钙钛 矿材料中的有毒重金属Pb2+,在保证电池各项光电性能的同时,大大降低了对环境和人体的 危害,有利于推动钙钛矿太阳能电池的大规模产业化应用。
【附图说明】
[0069]图1为实施例1所制得OfeMfePbi-xMgxI3钙钛矿薄膜的XRD图;
[0070]图2为实施例2所制得QfeMfePbi-xCaxI3钙钛矿薄膜的XRD图;
[0071]图3为实施例3所制得OfeMfePbi-xBaxI3妈钛矿薄膜的XRD图;
[0072]图4为实施例2所制得OfeMfePbi-xCaxI3妈钛矿薄膜的紫外可见光吸收光谱图;
[0073] 图5为钙钛矿太阳能电池结构示意图,其中,1透明导电基底、2空穴阻挡层、3电子 传输层、4多孔绝缘层和5碳对电极;
[0074] 图6为钙钛矿太阳能电池结构示意图,其中,1透明导电基底、2空穴阻挡层、3电子 传输层、6|丐钛矿吸光层、7空穴传输层和8金属对电极;
[0075] 图7为钙钛矿太阳能电池结构示意图,其中,1透明导电基底、2空穴阻挡层、6钙钛 矿吸光层、7空穴传输层和8金属对电极;
[0076] 图8为钙钛矿太阳能电池结构示意图,其中,1透明导电基底、9电子阻挡层、6钙钛 矿吸光层、3电子传输层、10界面修饰层和8金属对电极;
[0077] 图9为钙钛矿太阳能电池结构示意图,其中,1透明导电基底、7空穴传输层、6钙钛 矿吸光层、3电子传输层、10界面修饰层、8金属对电极;
[0078] 图10为实施例4所制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图;
[0079] 图11为实施例5所制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图;
[0080] 图12为实施例6所制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图;
[0081] 图13为实施例7所制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图;
[0082] 图14为实施例8所制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
【具体实施方式】
[0083]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并 不用于限定本发明。
[0084]实施例1,包括如下步骤:
[0085] (1)室温下,将Pbl2与Mgl2粉末按物质的量之比为9:1均匀混合;
[0086] (2)将⑴所述的混合粉末,与CH3NH3I晶体按物质的量之比1:1配比,形成均匀混合 物;
[0087] (3)将(2)所述的混合物溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶剂中,室温下搅拌,直至 全部溶解,得到CH3NH3Pbo. 9Mgo. d3复合钙钛矿溶液;
[0088] (4)取2ml (3)得到的溶液,旋凃到玻璃片上,然后在60°C加热退火120分钟将溶剂 蒸干,得到CH3NH3Pbo.9Mgo.d3复合钙钛矿薄膜材料。
[0089]
[0090]实施例2,包括如下步骤:
[0091] (1)室温下,将Pbl2与Cal2粉末按物质的量之比为9:1均匀混合;
[0092] (2)将⑴所述的混合粉末,与CH3NH3I晶体按物质的量之比1:2配比,形成均匀混合 物;
[0093] (3)将(2)所述的混合物溶解在二甲基亚砜(DMS0)溶剂中,100°C下搅拌,直至全部 溶解,得到CH3NH3PbQ. 9CaQ. il3复合钙钛矿溶液;
[0094] (4)取2ml (3)得到的溶液,旋凃到玻璃片上,然后在100°C加热退火60分钟将溶剂 蒸干,得到CH3NH3Pbo.9Cao.iI3复合钙钛矿薄膜材料。
[0095]
[0096]实施例3,包括如下步骤:
[0097] (1)室温下,将Pbl2与Bal2粉末按物质的量之比为9:1均匀混合;
[0098] (2)将⑴所述的混合粉末,与CH3NH3I晶体按物质的量之比1:3配比,形成均匀混合 物;
[0099] (3)将(2)所述的混合物溶解在γ-丁内酯溶剂中,130°C下搅拌,直至全部溶解,得 到CH 3NH3Pbo. 9Bao.! 13复合钙钛矿溶液;
[0100] (4)取2ml(3)得到的溶液,旋凃到玻璃片上,然后在150°C加热退火5分钟将溶剂蒸 干,得到CH 3NH3Pbo. 9Bao.! 13复合钙钛矿薄膜材料。
[0101]
[0103]实施例4,包括如下步骤:
[0104] (1)清洗步骤:选择方阻为5~25 Ω,透过率在70~90%的FT0玻璃为衬底,然后依 次用洗洁精、蒸馏水、乙醇和丙酮清洗;
[0105] (2)空穴阻挡层的制备:在镀了掺氟氧化锡FT0的导电玻璃上,460°C条件下,将 0.05mol/L的钛酸异丙酯异丙醇溶液,通过热喷涂的方法沉积20nm厚的致密Ti0 2空穴阻挡 层。喷涂完成后继续在该温度下退火2小时;
[0106] (3)电子传输层制备步骤:在所述Ti〇2阻挡层上,通过丝网印刷500nm厚的Ti〇2纳米 颗粒层,在500°C条件下,退火2小时,形成500nm的介孔Ti〇2电子传输层;
[0107] (4)介孔绝缘层制备步骤:将包含有直径为50nm AI2O3纳米颗粒的浆料,通过丝网 印刷在电子传输层上,在500°C下烧结2小时,形成lOOOnm的介孔绝缘层;
[0108] (5)碳对电极制备步骤:将由纳米炭黑、石墨粉和Zr〇2纳米粘合剂组成的碳衆料用 丝网印刷的方式叠印在所述介孔绝缘层上,在400°C条件下,烧结1小时,形成厚度为10M1的 碳对电极;
[0109] (6)Ca-Pb二元金属复合钙钛矿溶液制备步骤同实施例2的(1)~(3),其中Pbl2: Cal2 分别为9:1、8:2、7:3、6:4、5:5;
[0110] (7)填充Ca-Pb二元金属复合钙钛矿:在所述太阳能电池的碳对电极表面滴入2yL 加热后的Ca-Pb二元金属复合钙钛矿溶液,在75°C下加热30分钟,使溶剂挥发得到固态的 Ca-Pb二元金属复合|丐钛矿太阳能电池。
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