[发明专利]一种以纳米纤维钝化钙钛矿层的钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

本发明提供了一种以纳米纤维为钙钛矿层钝化材料的太阳能电池的制备方法，包括透明导电层、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极层，其特征在于，所述钙钛矿层钝化材料为纳米纤维，该纳米纤维由静电纺丝技术制备得到；并且提供了一种以纳米纤维钝化钙钛矿层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，采用旋涂钙钛矿与纳米纤维的混合溶液的方法制备钙钛矿层，其中纳米纤维可与钙钛矿层中的铅离子产生强烈的络合和配位作用，填补晶界处的电子缺陷，并为钙钛矿的结晶提供形核位点，诱导结晶，所制备的钙钛矿电池的能量转换效率达20.3％。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种以纳米纤维钝化钙钛矿层的钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

以钙钛矿材料作为光敏层所制备的太阳能电池，由于低成本、能量转换效率高，而成为第三代光伏技术的研究热点。自2009年起，单节的钙钛矿太阳能电池的能量转换效率从3.8％迅速提升到25.5％。与其他传统太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池更容易受到水分、氧气、温度、光照等因素的影响，而且钙钛矿太阳能电池在光照下容易产生离子迁移现象，这极大的降低了电池的环境稳定性。而限制钙钛矿太阳能电池的稳定性的最主要原因就在于钙钛矿光敏层表面、钙钛矿晶界处极易发生离子迁移与钙钛矿晶粒的分解。因此，在钙钛矿层中添加钝化材料可以极大的减缓钙钛矿光敏层表面的离子迁移与晶粒分解，并提高稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种以纳米纤维钝化钙钛矿层的太阳能电池的制备方法，对于目前钙钛矿太阳能电池仍然存在较差的水、氧稳定性，导致钙钛矿电池效率偏低的问题，将纳米纤维加入钙钛矿层中，通过纳米纤维上的官能团与铅离子的络合和配位作用来提高钙钛矿太阳能电池的水氧稳定性，并提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率。

为了实现本发明的上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

(1)导电玻璃(掺杂氟的SnO₂导电玻璃或者氧化铟锡导电玻璃)依次用玻璃清洗剂、去离子水、乙醇分别清洗30分钟，然后用氮气吹干，并用紫外臭氧清洗机清洗；

(2)将去离子水和质量分数为15wt％的SnO₂胶体水溶液按1:5的体积比混合，搅拌30分钟后旋涂在上一步处理后的导电玻璃上，在150℃下退火30分钟，得到SnO₂膜；

(3)将碘化铅溶于N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶剂，向上述溶液中加入0.01–0.5mg的纳米纤维，得到碘化铅前驱体溶液；将胺盐溶于异丙醇溶剂，得到胺盐前驱体溶液；然后以两步旋涂法将碘化铅前驱体溶液和胺盐前驱体溶液依次旋涂在SnO₂膜的上方，得到钙钛矿薄膜；其中纳米纤维是由质量分数在5-15wt％之间的聚丙烯腈/N,N-二甲基甲酰胺溶液经过静电纺丝技术加工成为聚合物纳米纤维，然后聚合物纳米纤维在800–1000℃的温度范围内的氮气气氛中碳化，得到的纳米纤维。

((4)将73.5mg Spiro-OMeTAD溶于1mL氯苯中，再加入29μL四叔丁基吡啶(TBP)和17.5μL的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li-TFSI)溶液(Li-TFSI溶液由520mg Li-TFSI溶于1mL乙腈制得)，得到Spiro-OMeTAD混合溶液，在钙钛矿薄膜上方旋涂Spiro-OMeTAD混合溶液，得到Spiro-OMeTAD膜；

(5)在Spiro-OMeTAD膜上方蒸镀80–100nm的Ag，最终得到一种以纳米纤维钝化钙钛矿层的钙钛矿太阳能电池。

与现有技术相比，本发明所提供的一种以纳米纤维钝化钙钛矿层的钙钛矿太阳能电池具有如下有益效果：