[发明专利]新型介孔结构钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种新型介孔结构钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是解决人类社会能源危机的有效途径之一，近年来，有机/无机杂化钙钛矿电池发展迅猛，展现出良好的应用前景。随着制备技术的不断发展，钙钛矿电池的光电转换效率已高达22.1%。目前报道的介孔结构有机/无机杂化钙钛矿电池的构成主要是FTO/TiO₂致密层/TiO₂多孔层/CH₃NH₃PbI₃吸收层/spiro-OMeTAD空穴传输层/Au。

CH₃NH₃PbI₃作为应用最为广泛的的钙钛矿型光吸收剂，其禁带宽度约为1.5eV，吸收截止波长为800nm，对于大于其光学带隙的红外光无法吸收。此外，由于钙钛矿材料具有双载流子传输特性，TiO₂、Al₂O₃等多孔层主要起骨架作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种新型介孔结构钙钛矿太阳能电池及其制备方法，解决以往钙钛矿电池中对于大于其光学带隙的红外光无法吸收的缺陷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种新型介孔结构钙钛矿太阳能电池，该电池自下而上分别为FTO导电玻璃层、氧化钛致密层、多孔层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极，所述多孔层为上转换材料多孔层。

进一步的，所述上转换材料多孔层为Er/Yb-NaYF₄纳米颗粒，纳米颗粒的粒径在20-30nm，上转换材料多孔层厚度为290-310nm。

进一步的，所述的空穴传输层为spiro-OMeTAD，所述空穴传输层的厚度为 140-160nm。

进一步的，所述钙钛矿吸收层是CH₃NH₃PbI₃，所述钙钛矿吸收层厚为400-600nm。

进一步的，所述氧化钛致密层厚度为15-25 nm。

一种新型介孔结构钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

①选择FTO作为衬底材料，然后对FTO进行清洗，然后用N₂吹干；

②在乙醇中加入乙酰丙酮、盐酸以及钛酸异丙酯，搅拌均匀后获得钛酸异丙酯溶液，将配制好的钛酸异丙酯溶液旋涂在洗干净的FTO玻璃上，然后烘干烧结得到氧化钛致密层；

③在甲苯中加入Er/Yb-NaYF₄纳米颗粒，超声处理后获得分散均匀的Er/Yb-NaYF₄溶液，将Er/Yb-NaYF₄溶液旋涂在氧化钛致密层上，然后加热去除残余有机物，得到上转换材料多孔层；

④将摩尔比1:1的PbI₂粉末和CH₃NH₃PbI₃晶体溶解在的N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜混合溶剂中搅拌后得到CH₃NH₃PbI₃钙钛矿前驱溶液，然后将钙钛矿前去溶液旋涂在上转换材料多孔层上，旋涂完毕后将样品至于加热板上100℃退火，得到钙钛矿吸收层；

⑤在氯苯和乙腈的混合溶液中依次加入spiro-OMeTAD、Li-TFSI和叔丁基吡啶，室温下磁力搅拌，配制成HTM溶液；将配制好的HTM溶液旋涂到钙钛矿吸收层上，然后将样品取出手套箱，放置在密闭的干燥器内过夜氧化，得到空穴传输层；

⑥高真空镀膜仪的腔室真空达到1×10^-3Pa后，在上述制备完成的样品上热蒸发沉积金属电极。

进一步的，在所述步骤④中，将钙钛矿前去溶液旋涂在多孔层上，旋涂过程为两个阶段，低速阶段转速为800r/min，时间为20s，高速阶段转速为4000 r/min，时间为40s；当转速达到4000r/min约10s后，用移液器量取500ul氯苯对旋转的钙钛矿层进行冲淋，旋涂完毕后，将样品至于加热板上100℃退火10min。