[发明专利]一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学太阳能电池新材料领域，尤其是涉及钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是一种新型太阳能电池，经过短短几年的发展，其光电转换效率由最初报道的3％左右迅速提高到目前20％左右的水平。同时，该类电池还具有低成本、制备工艺简单、光电转换效率高等特点，因此具有良好的应用前景，有望替代现有高成本太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池由最初报道的以钙钛矿量子点为敏化剂类似于量子点或染料敏化太阳能电池的结构演变成类似金属肖特基结太阳能电池、平面异质结、或将钙钛矿材料灌注到构建好的电子传输层—绝缘层—空穴或碳传输层孔洞中。不同结构对电池性能影响很大，其中效率最高的是平面异质结钙钛矿太阳能电池。在平面异质结钙钛矿太阳能电池中，电子和空穴要穿过各自传输材料层才能到达外电路。在传输过程中，复合反应会降低电池光电转换效率，特别是各关键材料层较厚时，暗反应更为严重。同时，该结构电池制备工艺复杂。

因此，探索一种采用简单方法就可以制备的新型钙钛矿太阳能电池结构，同时又能获得较高的光电转换效率和良好的长期稳定性是该类太阳能电池走向实用化的关键技术。体异质结在有机太阳能电池中已经被证明是一种高效的电池结构。同轴异质结类似于体异质结，但比体异质结更加有序。将这种结构引入到钙钛矿太阳能电池中，有望实现光生电子快速分离和传输。

有鉴于此，本工艺方法在经过一系列的研究和试验的基础上，开发出一种新型同轴异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，其方法简单，且所制备的太阳能电池具有较高的光电转换效率和良好的长期稳定性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种同轴异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备步骤如下：

第一步，合成长径比为100～500的银-铜核壳结构同轴异质纳米线，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线分散在乙醇溶液中，得到浓度为10～100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液；

第二步，将此银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液涂覆到表面具有30～50nm厚二氧化钛致密层的导电玻璃上，在空气气氛中50～200℃热处理0.5～1.5h，使银-铜核壳结构同轴异质纳米线中的铜壳转变成氧化铜壳，并使所得的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线牢固粘附在导电玻璃上；

第三步，往此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线的间隙中填充粒径为2～5nm的二氧化锆量子点颗粒，经过空气气氛中50～100℃烘干后，置于氩气气氛下300～500℃热处理0.5～1.5h；

第四步，将此银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中的氧化铜壳和银核分步刻蚀掉，往其中分步填充钙钛矿前驱体和空穴传输材料，经过氩气气氛下100～150℃热处理0.5～1.5h，钙钛矿前驱体和空穴传输材料分别形成钙钛矿层和空穴传输层，再蒸镀上金或银膜，形成同轴异质结钙钛矿太阳能电池。

上述第一步具体如下：以市售的长径比为100～500的银纳米线为模板，将其分散在浓度为1～10mg/mL的十六烷基三甲基溴化铵水溶液中，所得的分散液体积为100mL；往其中添加浓度为0.1～1mol/L的氯化铜水溶液25ml和1.5～15mol/L的氢氧化钠的水溶液25mL；室温下充分搅拌0.5～1h后，往混合液中加入浓度为1～5mg/mL的水合肼水溶液10mL；继续搅拌0.5～1h后，将混合液用4000转/分离心10min，收集沉淀，并分散在乙醇中，得到浓度为10～100mg/mL的银-铜核壳结构同轴异质纳米线的乙醇分散液。

上述第四步中，所述分步刻蚀采用的试剂为氯化铵和硝酸铁。

所制备的同轴异质结钙钛矿太阳能电池中钙钛矿层填充在二氧化锆膜内的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中氧化铜壳被刻蚀后留下的纳米管道中，空穴传输层填充在二氧化锆膜内的银-氧化铜核壳结构同轴异质纳米线中银核被刻蚀后留下的纳米管道中，使钙钛矿层和空穴传输层分别替换原模板中的壳核部分，形成新的同轴异质结。