[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳电池在2013年度被《Science》杂志评为年度十大科学突破，具有转换效率高、成本低和制备工艺简单的潜在优势，短短五年时间钙钛矿太阳电池的效率达到就由3.8％达到20.1％，成为当前太阳电池领域最受关注，研究最热，发展最为迅速的一个方向。

钙钛矿太阳电池目前主要有三种制备方法：液相一步法、液相两步法、气相沉积法，气相沉积法则只适用于平面结构电池，同时所需条件为高真空耗费成本高；所以目前采用较多的钙钛矿沉积方法为液相一步法或者液相两步法，其中液相一步法对成膜条件非常敏感，形貌控制具有较大难度；液相两步法，一般需要加热PbI₂薄膜，随即将薄膜浸没到MAI/IPA溶液中或者将MAI/IPA加载到加热结晶的PbI₂薄膜上，该种方法不利于实现钙钛矿的完全转化，碘化铅残留较多，薄膜形貌难以控制，不利于薄膜对光子的吸收从而对器件效率造成影响；因此一种操作简单，成膜形貌易于控制，低成本的高效率钙钛矿太阳电池制备方法就显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明的原理如下：

本发明的具体技术方案如下：

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，该太阳能电池依次由透明导电基底、致密空穴阻挡层、介孔电子传输层、钙钛矿型薄膜光吸收层、空穴传输层和金属背电极组成，

其制备方法包括如下步骤：

(1)将透明导电基底依次用清洁剂搓洗，然后用去离子水冲洗，再依次用丙酮、乙醇超声15～20min，接着用氮气枪吹干，放入氧等离子清洗机中清洗15～20min；

(2)在步骤(1)处理后的透明导电基底上旋涂制备氧化钛、氧化镍和氧化锆中的至少一种材质的致密空穴阻挡层，具体旋涂工艺如下：旋涂速度为1500～2500rpm，旋涂次数为3次，每次旋涂时间为20～30s，每次旋涂结束均通过热台退火5～10min，退火温度为100～150℃，最后转移到马弗炉中400～500℃退火30～60min；

(3)步骤(2)制得的物料经四氯化钛溶液浸泡处理后，在致密空穴阻挡层上用纳米介孔材料旋涂制备介孔电子传输层，具体旋涂工艺如下：旋涂速度为4000～6000rpm，旋涂时间20～40s，旋涂结束后于热台退火5～10min，退火温度为100～150℃，最后转移到马弗炉中400～500℃退火30～60min；

(4)在步骤(3)制备的介孔电子传输层上用连续滴涂法制备厚度为550～650nm、晶粒尺寸为300～500nm的钙钛矿型薄膜光吸收层，具体为：在所述介孔电子传输层上滴加第一溶液，以4～8s的时间从0rpm加速至4000～6000rpm进行旋涂成膜10～30s，再以6～10s的时间减速至2000～3000rpm继续进行旋涂10～30s，当减速至2000～3000rpm时，滴涂第二溶液以使第一溶液和第二溶液反应成膜生成MAPbI₃，接着退火，第一溶液以PbI₂和DMSO为溶质、DMF为溶剂，第二溶液以MAI为溶质、IPA为溶剂，其中PbI₂在第一溶液中的浓度为0.7～1.8M，PbI₂与DMSO的摩尔比为1:1～3，第二溶液的浓度为0.189～0.503M，第二溶液的温度为25～100℃；

(5)在步骤(4)制备的钙钛矿型薄膜光吸收层上旋涂制备空穴传输层，具体旋涂工艺如下：旋涂速度为3000～4000rpm，旋涂时间为30～40s；

(6)在步骤(5)制备的空穴传输层上蒸镀厚度为80～120nm的金属背电极，即成。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(3)的四氯化钛溶液浸泡处理所用的四氯化钛溶液的浓度为35～45mM，处理温度为65～75℃，处理时间为25～35min。

在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(4)的退火温度为120～160℃，时间为20～30min。

进一步优选的，所述纳米介孔材料为氧化钛和或氧化锆。

进一步优选的，所述空穴传输层的材质为有机材质或无机材质。

进一步优选的，所述有机材质为Spiro-MeOTAD、P3HT、PTAA和TAPC中的至少一种。