[发明专利]高效率钙钛矿电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种通过调控氧化物与钙钛矿层间的界面来制备高效率的钙钛矿太阳能电池(简称钙钛矿电池)的方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池由于具有较高的光电转换效率而倍受关注。研究发现可以通过修饰电子传导层与钙钛矿层间的界面来调控钙钛矿层的形貌，提高钙钛矿电池的光电转换效率。一定程度上，钙钛矿层的微结构及钙钛矿层与电子传导层间的界面质量直接决定着钙钛矿电池的光电性能。研究表明，可以通过修饰电子传导层与钙钛矿层间的界面来调控钙钛矿层的微结构，制备高质量的钙钛矿层，提高光吸收，促进载流子平衡传导。当前，报道钙钛矿电池实验最高转换效率已经超过20％(YangWS,NohJH,JeonNJ,etal.High-performancephotovoltaicperovskitelayersfabricatedthroughintramolecularexchange.Science,2015:aaa9272)。尽管钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经接近于硅电池，但是溶液法制备钙钛矿电池时，钙钛矿层的微观结构难以控制，导致电池的重复性比较差。

溶液法制备钙钛矿太阳能电池，可以降低电池的成本，且制备过程中操作方便。申请人拟采用溶液法制备TiO₂与钙钛矿层，并采用碘化钾铵修饰TiO₂与钙钛矿层间的界面，力图通过界面修饰来调控钙钛矿层的微结构，提高电池的光电转换效率。目前，探索通过碘化钾铵修饰电子传导层与钙钛矿层间界面来调控钙钛矿层的微结构，以提高钙钛矿电池效率的方法尚未见报道，可见该方法值得研究。

发明内容

本发明为解决现有技术中存在的不足，提供一种通过界面修饰来调控钙钛矿层的微结构、制备高效率钙钛矿太阳能电池的方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高效率钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)在清洁的FTO(掺杂F的氧化锡)导电玻璃上制备TiO₂致密膜；

(2)在步骤(1)制得的TiO₂致密膜上旋涂TiO₂浓度约为10wt％的酒精溶液，经过热处理后得到TiO₂多孔膜；

(3)在步骤(2)制得的TiO₂多孔膜上旋涂浓度为5～20mmol/L的碘化钾铵溶液，然后进行热处理；

(4)在步骤(3)所制得的样品上旋涂40wt％的碘化钾铵与氯化铅摩尔比为3:1的二甲基亚酰胺溶液，制备钙钛矿薄膜，经过热处理后得到CH₃NH₃PbI₃-xClx钙钛矿层；

(5)在步骤(4)制得的钙钛矿层上旋涂0.08M的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-OMeTAD)，0.064M的双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(LiTFSI)及0.064M四丁基吡啶(TBP)的氯苯混合溶液，制得的样品在避光干燥的空气中放置8～12小时；

(6)采用热蒸发法在步骤(5)所制得的样品上蒸镀一层银电极，即得到钙钛矿太阳能电池。

进一步地，步骤(1)所述的TiO₂薄膜为采用旋涂法在清洁的FTO导电玻璃上旋涂钛酸四丁酯溶液，在450～550℃下热处理制得的，其厚度为80nm。优选地，在450℃下进行热处理。

进一步地，步骤(2)所述的TiO₂薄膜厚度为200～300nm。

优选地，步骤(3)中的热处理温度为50-70℃，热处理时间为8～15min。优选地，在60℃下热处理10min。

优选地，步骤(4)中的热处理温度为80-100℃，热处理时间为30～45min。优选地，在100℃下进行热处理。

优选地，步骤(6)所述的银电极厚度为80～150nm。

优选地，步骤(6)所述的热蒸发法在热蒸发仪中进行，并在6×10-6～1×10-8毫托的气压下，以1～10nm/min的速度进行蒸镀。

相比于现有技术，本发明提供的高效率钙钛矿电池的制备方法，具有以下优点和有益效果：

(1)通过采用碘化钾铵修饰TiO₂与钙钛矿层间的界面，可提高钙钛矿层溶液在TiO₂膜表面的浸润性，调控钙钛矿层的微结构，提高其结晶性，从而提电池的光电转换效率。

(2)该方法属于溶液法，操作简单，容易控制。