[发明专利]基于PCBM修饰ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于ZnO/PCBM/CH3NH3PbI3光吸收层的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法，电池组成包括有玻璃衬底、作为阳极的FTO层、ZnO种子层、ZnO纳米棒骨架层、有机PCBM层、钙钛矿层、Spiro‑MeOTAD空穴传输层以及作为电池阴极的Au膜层。本发明制备方法简便，反应条件要求较低，效果显著，在保持较高的效率的同时，也能在某种程度上克服性能稳定性的问题。该种结构将有机和无机材料有效的结合在了一起，充分发挥各自的优点，为钙钛矿太阳能电池的发展拓展了一条新的路径。

主权项

一种基于PCBM修饰ZnO纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于步骤为：(1)FTO的预处理：将样品依次采用用去离子水，丙酮，酒精，去离子水进行超声清洗20分钟，再用紫外臭氧清洗15min，除去表面附着的有机物；(2)ZnO种子层的制备：以甲醇为溶剂，配制3mmol/L的醋酸锌(Zn(CH3COO)2)溶液，搅拌10分钟，然后开始在FTO玻璃样片上旋涂，旋涂的转速为3000r/min，时间为15s，在100℃条件下烘干15分钟，然后转移到干马弗炉中退火1h；(3)ZnO纳米棒的制备：在生长有ZnO种子层FTO玻璃样片上，用水浴法生长ZnO纳米棒，水浴溶液成分为50mmol/L的六水硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)、30mmol/L的六次甲基四铵(C6H12N4)和0.6g的PEI，同时利用氨水将溶液的PH值控制在10.6‑10.8范围内，水浴的温度为85℃‑90℃，根据不同棒长需求来控制水浴的时间，水浴结束后，先后用去离子水和酒精冲洗，去除表面的杂物，然后转移到马弗炉中退火处理2h；(4)PCBM的掺入：先将生长有ZnO纳米棒的FTO玻璃片用紫外臭氧清洗15分钟，然后以氯苯为溶剂，配制浓度为2‑‑2.5wt％的PCBM溶液，采用旋涂法将PCBM甩到ZnO纳米棒里，旋涂转速为3000r/min，旋涂时间为10s，然后在手套箱中放置一晚上；(5)两步法合成钙钛矿层(CH3NH3PbI3)：第一步是旋涂PbI2，即以DMF(N,N‑二甲基甲酰胺)为溶剂，配制1mmol/L(0.462g的PbI2)的PbI2溶液，在70℃的恒温条件下搅拌4h，然后采用旋涂法将PbI2甩在PCBM层上，旋涂转速为3000r/min，时间为15s，旋涂好后放置在烘干台上烘烤5min；第二步是PbI2与碘甲胺反应合成钙钛矿，即以甲胺和氢碘酸、或氢氯酸、或氢溴酸为原料在低温下采用旋转蒸发法制备CH3NH3X(X为I、Br、Cl等卤素)晶体，并在乙醇与乙醚溶剂中进行重结晶。以异丙醇为溶剂，配制0.1g/10ml的CH3NHI溶液，然后将烘干后已经旋有PbI2的FTO样片放在溶液中浸泡40s，然后再在烘干台上烘烤10min；(6)制备空穴传输层：将有机物Spiro‑MeOTAD用旋涂的方法甩在钙钛矿层的上面，旋涂的转速为3000r/min，旋涂时间为10s，并用吹风机吹干。(7)对电极的制备：以Au为电极材料，采用蒸镀的方法，在空穴传输层上蒸镀Au作电极，蒸镀的速率控制在蒸镀的Au的厚度为40nm；至此，即制作成一个完整钙钛矿太阳能电池。