[发明专利]一种基于绿色反溶剂法的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于绿色反溶剂法制备钙钛矿太阳能电池的方法。首先通过化学合成法在掺杂氟的氧化锡导电玻璃FTO上制备电子传输层氧化钛TiOsubgt;2，/subgt;接着通过滴加钙钛矿CHsubgt;3/subgt;NHsubgt;3/subgt;PbIsubgt;3/subgt;前驱体溶液置于氧化钛TiOsubgt;2/subgt;表面旋涂，在旋涂的过程中分别滴加氯苯或者绿色反溶剂乙酸丙酯和丙二醇甲醚进行萃取，接下来进行热退火，然后在钙钛矿薄膜上旋涂Spiro‑OMeTAD空穴传输层；最后使用真空蒸发法制备银电极。用乙酸丙酯和丙二醇甲醚处理的薄膜比用氯苯处理的薄膜具有更大的晶粒尺寸和更小的薄膜表面粗糙度RMS，与氯苯处理的CHsubgt;3/subgt;NHsubgt;3/subgt;PbIsubgt;3/subgt;钙钛矿电池相比，绿色反溶剂丙二醇甲醚处理的电池的能量转换效率得到极大提升，能量转换效率从17.86%提高到21.60%，提高了21%。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，更具体地说，特别涉及一种基于绿色反溶剂法的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

卤化钙钛矿材料具有高的消光系数、长的载流子扩散长度、高的载流子迁移率和高的缺陷容限以及可控的带隙等优异的光电性能，越来越受到国内外研究者的重视。在过去的十年中，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率可以从3.8％提高到25.6％。提高钙钛矿薄膜的膜质量(如密度、粗糙度和晶粒尺寸)可以有效地提高器件的能量转换效率。国内外研究人员开发了一系列制备高质量钙钛矿薄膜的方法，如一步成膜法，两步成膜法。其中，反溶剂法或反溶剂辅助结晶法因其成本低、工艺简单、重复性好而成为应用最为广泛的方法。然而，反溶剂辅助结晶法通常使用氯苯、甲苯、二氯甲烷等有毒溶剂。一般来说，研究人员需要使用手套箱、通风柜、防毒面具等来隔离有毒溶剂的损害。如果将这种方法应用于钙钛矿薄膜的大面积制备或生产线上，势必增加实验人员暴露在有毒气体中的可能性。因此，寻找新的绿色溶剂替代有毒溶剂而不产生(或尽可能少的)环境副作用已成为人们关注的焦点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于绿色反溶剂法的钙钛矿电池及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于绿色反溶剂法的钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：

清洗FTO、将掺杂氟的氧化锡导电玻璃(FTO)垂直放置在聚四氟乙烯清洗架上，依次用丙酮、乙醇和去离子水超声清洗FTO 30min；

生成TiO₂层、将FTO导电玻璃浸入TiCl₄水溶液10min；将浸在TiCl₄溶液中的FTO 导电玻璃取出接着放入培养皿中用保鲜膜密封，置于70℃烘箱中放置1h；待上述反应后用大量去离子水冲洗至溶液澄清，此时FTO表面形成氧化钛薄膜，然后用氮气枪吹干含 TiO₂的FTO导电玻璃，在150℃热台上退火15分钟，得到TiO₂电子传输层；

生成CH₃NH₃PbI₃钙钛矿薄膜层、滴加钙钛矿CH₃NH₃PbI₃前驱体溶液置于TiO₂表面，在旋涂的过程中分别滴加氯苯或者绿色反溶剂乙酸丙酯和丙二醇甲醚进行萃取，然后在150℃热台上退火15分钟；

生成Spiro-OMeTAD空穴传输层、将Spiro-OMeTAD溶于氯苯中，分别加入Li-TFSI乙腈溶液、KF209乙腈溶液和TBP溶液，在钙钛矿薄膜表面以4000转/分的转速旋转镀膜20s，得到Spiro-OMeTAD空穴传输层。

制备银电极、用真空蒸发法制备100nm银电极。