一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法与流程

本发明属于钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(pscs)因其低成本的溶液工艺、可调的带隙和高吸附系数而受到广泛关注。在几种类型的pscs中，碳基pscs(c-pscs)是潜在的候选材料，因为碳电极是低成本的材料，制造过程简单。此外，环境稳定的碳电极可以显著提高器件的稳定性。

2、然而，由于钙钛矿材料的缺陷，以及钙钛矿和电荷传输层(ctl)之间的界面缺陷等内在原因，c-pscs的器件效率和稳定性问题仍然存在。例如，质量差的钙钛矿薄膜和钙钛矿与ctl之间的接触面缺陷主要会导致非辐射载流子重组，最终导致器件中开路电压(voc)和填充因子(ff)降低。因此，具有大晶粒尺寸和光滑表面的高质量钙钛矿薄膜对于实现优异的psc性能至关重要。同样，ctl也特别重要，尤其是电子传输层(etl)，它会影响钙钛矿晶体的生长和etl/钙钛矿界面处的缺陷。

3、etl是从钙钛矿层中提取和转移注入电子的必要元件。在早期的pscs研究中，zno、sno2和tio2被广泛用作etl。特别是，具有低温溶液工艺的tio2纳米颗粒由于其低能耗和与柔性衬底的相容性而被广泛用作etl。但是，tio2作为etl时具有较差的电子迁移率和普遍存在的氧空位缺陷。这些缺陷会影响电荷输运性质，并在tio2/钙钛矿界面处产生严重的非辐射载流子复合损失，导致psc整体性能下降。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法，本发明提供的钝化层能够钝化氧空位缺陷，进而提高钙钛矿太阳能电池的质量。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供了一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

4、将第一二氧化钛纳米颗粒溶液涂覆在导电基底的表面，进行第一退火，得到电子传输层；

5、将第二二氧化钛纳米颗粒溶液和双氧水混合，将得到的混合液涂覆在所述电子传输层的表面，进行第二退火，得到钝化层；

6、在所述钝化层的表面依次制备钙钛矿层、空穴传输层和碳电极层，得到所述碳基钙钛矿太阳能电池。

7、优选的，所述第一二氧化钛纳米颗粒溶液的质量浓度为20mg/ml。

8、优选的，所述第一退火的温度为155℃，时间为30min。

9、优选的，所述第二二氧化钛纳米颗粒溶液的质量浓度为20mg/ml；

10、所述双氧水的浓度为30％；

11、所述双氧水和第二二氧化钛纳米颗粒溶液的体积比为4：1。

12、优选的，所述混合液涂覆的方式为旋涂，所述旋涂的转速为2000～4000rpm，时间为40s。

13、优选的，所述第二退火的温度为155℃，时间为30min。

14、优选的，所述电子传输层的厚度为160～180nm；所述钝化层的厚度为60～80nm。

15、优选的，所述钙钛矿层的材料的化学组成为abx3，所述a包括ch3nh3+、hc(nh2)2+、cs+和rb+中的至少一种；所述b包括pb2+；所述x包括卤素离子；

16、所述钙钛矿层的厚度为350～450nm。

17、优选的，所述空穴传输层的材料为spiro-ometad、pedot：pss、ptb7、ptaa或nio；

18、所述空穴传输层的厚度为20～200nm。

19、优选的，所述碳电极层的厚度为10～25μm。

20、本发明提供了一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：将第一二氧化钛纳米颗粒溶液涂覆在导电基底的表面，进行第一退火，得到电子传输层；将第二二氧化钛纳米颗粒溶液和双氧水混合，将得到的混合液涂覆在所述电子传输层的表面，进行第二退火，得到钝化层；在所述钝化层的表面依次制备钙钛矿层、空穴传输层和碳电极层，得到所述碳基钙钛矿太阳能电池。本发明通过在电子传输层和钙钛矿层之间增设钝化层，能够提高tio2电子传输层的电子迁移率，钝化电子传输层与钙钛矿层之间的氧空位缺陷，减少非辐射载流子复合的损失，提高钙钛矿薄膜的质量。同时电池的稳定性也有所提升，整体性能更优。本发明提供的制备工艺高效且成本较低，适用于商业化生产。

技术特征：

1.一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第一二氧化钛纳米颗粒溶液的质量浓度为20mg/ml。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述第一退火的温度为155℃，时间为30min。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二二氧化钛纳米颗粒溶液的质量浓度为20mg/ml；

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合液涂覆的方式为旋涂，所述旋涂的转速为2000～4000rpm，时间为40s。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二退火的温度为155℃，时间为30min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电子传输层的厚度为160～180nm；所述钝化层的厚度为60～80nm。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿层的材料的化学组成为abx3，所述a包括ch3nh3+、hc(nh2)2+、cs+和rb+中的至少一种；所述b包括pb2+；所述x包括卤素离子；

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述空穴传输层的材料为spiro-ometad、pedot：pss、ptb7、ptaa或nio；

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碳电极层的厚度为10～25μm。

技术总结
本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种碳基钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明通过在电子传输层和钙钛矿层之间增设钝化层，能够提高TiO<subgt;2</subgt;电子传输层的电子迁移率，钝化电子传输层与钙钛矿层之间的氧空位缺陷，减少非辐射载流子复合的损失，提高钙钛矿薄膜的质量。同时电池的稳定性也有所提升，整体性能更优。本发明提供的制备工艺高效且成本较低，适用于商业化生产。

技术研发人员：魏俊峰,陈彬,曹栋强,孔令伟
受保护的技术使用者：上海乐天钙钛光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19