[发明专利]一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

权利要求书

1.一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池自下而上依次是透明导电玻璃基底、致密层TiO₂、介孔层TiO₂、磷钨酸界面层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极；

所述的磷钨酸界面层的厚度为5nm～20nm；

所述的磷钨酸界面层的制备方法如下：

首先将磷钨酸溶解到无水乙醇中，得到3mg/mL～10mg/mL的磷钨酸溶液；然后在介孔层TiO₂上旋涂3mg/mL～10mg/mL的磷钨酸溶液，最后在温度为100℃～150℃下加热20min～25min，再自然冷却至室温，得到厚度为5nm～20nm的磷钨酸界面层。

2.根据权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述的透明导电玻璃基底为FTO导电玻璃。

3.根据权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述的致密层TiO₂的厚度为20nm～100nm。

4.根据权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述的介孔层TiO₂的厚度为150nm～700nm。

5.根据权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述的钙钛矿层的厚度为300nm～800nm。

6.根据权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述的空穴传输层的厚度为50nm～300nm。

7.根据权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于所述的金属电极为金电极或银电极，厚度为60nm～100nm。

8.如权利要求1所述的一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于一种以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池的制备方法是按以下步骤完成的：

一、清洗透明导电玻璃基底：

首先使用去离子水清洗透明导电玻璃基底1次～3次，然后使用丙酮清洗透明导电玻璃基底1次～3次，再使用异丙醇清洗透明导电玻璃基底1次～3次，接着使用氮气将透明导电玻璃基底吹干，最后再进行紫外臭氧处理7min～15min，得到处理后的透明导电玻璃基底；

步骤一中所述的透明导电玻璃基底为FTO导电玻璃；

二、制备介孔层TiO₂浆料：

①、制备介孔层TiO₂粉体：

将50mL～80mL去离子水与0.4mL～0.6mL质量分数为60％～68％的硝酸混合，再在搅拌速度为400r/min～1500r/min下加入8mL～12mL异丙醇钛，得到反应液；首先将反应液在室温和搅拌速度为400r/min～1500r/min的条件下搅拌反应0.5h～1.5h，然后将反应液升温至35℃～45℃，再在温度为35℃～45℃和搅拌速度为400r/min～1500r/min的条件下搅拌反应1h～3h，最后将反应液的温度升温至90℃～95℃，再在温度为90℃～95℃和搅拌速度为400r/min～1500r/min的条件下搅拌反应4h～6h，得到凝胶；将凝胶转移至水热反应釜中，再将水热反应釜放入温度为150℃～200℃的烘箱中15h～22h，再自然冷却至室温，得到反应产物；以无水乙醇为清洗剂，将反应产物进行离心清洗3次～5次，每次离心清洗都去除上清液，得到清洗后的沉淀物质；将清洗后的沉淀物质放入温度为110℃～140℃的烘箱中8h～15h，再在研钵中研磨2h～3h，最后在温度为450℃～500℃的马弗炉中焙烧20min～40min，得到介孔层TiO₂粉体；

②、制备浆料：

将80mg～150mg介孔层TiO₂粉体、30mg～55mg乙基纤维素、330mg～450mg松油醇和4mL～6mL无水乙醇混合，再在常温下密封搅拌反应48h～60h，搅拌速度为400r/min～1500r/min，得到介孔层TiO₂浆料；

三、制备磷钨酸溶液：

将磷钨酸溶解到无水乙醇中，得到3mg/mL～10mg/mL的磷钨酸溶液；

四、组装：

以3000r/s～5000r/s的旋涂速度在处理后的透明导电玻璃基底上旋涂浓度为0.066mg/mL～0.072mg/mL的异丙醇钛的异丙醇溶液，再在温度为450℃～500℃下退火20min～40min，冷却后得到厚度为20nm～100nm的致密层TiO₂；以4000r/s～6000r/s的旋涂速度在致密层TiO₂上旋涂步骤二制备的介孔层TiO₂浆料，再在温度为450℃～500℃下退火20min～40min，冷却后得到厚度为150nm～700nm的介孔层TiO₂；以3000r/s～5000r/s的旋涂速度在介孔层TiO₂上旋涂步骤三制备的3mg/mL～10mg/mL的磷钨酸溶液，再在温度为100℃～150℃下退火20min～40min，冷却后得到厚度为5nm～20nm的磷钨酸界面层；以3000r/s～4000r/s的旋涂速度在磷钨酸界面层上旋涂浓度为360mg/mL～500mg/mL的PbI₂溶液5s～10s，再以4000r/s～5000r/s的旋涂速度旋涂浓度为360mg/mL～500mg/mL的PbI₂溶液5s～10s，所述的PbI₂溶液中的溶剂为二甲基甲酰胺和二甲亚砜的混合液，二甲基甲酰胺和二甲亚砜的体积比为4:1，再在温度为100℃～120℃下退火10min～20min，冷却后在上述薄膜上滴加CH₃NH₃I和CH₃NH₃Br的异丙醇溶液，并静置30s，CH₃NH₃I和CH₃NH₃Br的异丙醇溶液的体积与薄膜的面积比为(70μL～90μL):(1.5cm²～2.5cm²)，然后在温度为100℃～130℃下退火20min～30min，得到厚度为300nm～800nm的钙钛矿层，所述的CH₃NH₃I和CH₃NH₃Br的异丙醇溶液中CH₃NH₃I和CH₃NH₃Br的摩尔比为4:1，且CH₃NH₃I的浓度为8mg/mL～15mg/mL；以3000r/s～5000r/s的旋涂速度在钙钛矿层上旋涂空 穴传输层溶液，再在室温下避光放置12h～16h，得到厚度为50nm～300nm的空穴传输层，所述的空 穴传输层溶液为spiro-OMeTAD、4-叔丁基吡啶、双三氟甲烷磺酰亚胺锂和氯苯的混合液，空 穴传输层溶液中spiro-OMeTAD的浓度为70mg/mL～80mg/mL，4-叔丁基吡啶的浓度为25mg/mL～27mg/mL，双三氟甲烷磺酰亚胺锂的浓度为8mg/mL～10mg/mL；最后使用真空蒸发仪沉积60nm～150nm的金电极或银电极，得到厚度为60nm～150nm的金属电极，完成以磷钨酸为界面层的钙钛矿太阳能电池的组装。