[发明专利]一种新型叠合式钙钛矿太阳能电池的制备方法

摘要

本发明提供了一种新型叠合式钙钛矿太阳能电池的制备方法。其第一块电极由基底和PEDOTPSS组成，第二块电极由FTO、TiO2、钙钛矿、Spiro‑MeOTAD和PEDOTPSS组成；将两块电极叠合即为叠合式钙钛矿太阳能电池。Layer I在Spiro‑MeOTAD的膜上热喷涂不同量的PEDOTPSS喷涂液。Layer II在不背电极基板上热喷涂不同量的PEDOTPSS喷涂液。本发明的叠合式钙钛矿太阳能电池可将钙钛矿产生的空穴成功提取出来，制作工艺简单，价格低廉，无需真空，可对基底进行灵活的变换，有利于灵活设计电极的纳米结构和钙钛矿太阳能电池的大规模制造。

主权项

一种新型叠合式钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，由两块电极组成，第一块电极由基底和PEDOT:PSS组成；第二块电极由FTO、TiO2、钙钛矿、Spiro‑OMeTAD和PEDOT:PSS组成；制备步骤如下：(1)刻蚀导电基底：用聚酰亚胺胶带将FTO导电玻璃需要保护的区域粘住，再将Zn粉均匀涂于需要刻蚀的FTO玻璃表面，将HCl溶液滴在FTO玻璃上的Zn粉上，立即发生反应；待反应完成后，擦拭刻蚀区域，将表面未反应的溶液擦去；(2)制备TiO2致密层：①配制有机溶胶：A液：将钛酸四丁酯和二乙醇胺溶解于无水乙醇中，于室温条件下强烈搅拌，得到均匀溶液；其中，钛酸四丁酯：二乙醇胺：无水乙醇的体积比为4：1：13；B液：将去离子水与无水乙醇按体积比1:28混合；强烈搅拌条件下，将B液以5mL/min的速度逐滴加入到A液中，A液与B液的体积比为2.8:1；陈化24小时，得到澄清透明微黄色溶液，该溶液的摩尔浓度为0.5M，置于‑5℃储存；使用前用等体积比的乙醇稀释，然后用0.22μm的微孔滤膜过滤，即得致密层有机溶胶；②旋涂有机溶胶：将步骤①得到的有机溶胶均匀滴在洁净的FTO玻璃基底上，进行旋涂，然后将其置于450℃条件下烧结1h；(3)制备TiO2多孔层①浆料配制：将乙醇与Deysol‑18NR‑T按照质量比3.5:1混合，然后球磨分散4h，即得氧化钛浆料；②多孔层制备：将上述得到的氧化钛浆料滴于涂有TiO2致密层的FTO玻璃基底上，然后进行旋涂，旋涂结束后置于500℃条件下烧结30min；(4)制备有机‑无机钙钛矿①合成碘甲铵将33wt.％甲胺的无水乙醇溶液和等摩尔的57wt.％氢碘酸水溶液混合，在0℃条件下搅拌2h，反应结束后，50℃旋蒸除去溶剂得到碘甲胺粗产品；将碘甲胺粗产品溶于无水乙醇中，再向其中加入无水乙醚直至其不再产生白色沉淀为止，过滤得到白色固体；重结晶重复两次，最终得到的白色固体在真空烘箱中60℃烘干24h，制得碘甲胺，避光保存；②两步法制备有机‑无机钙钛矿首先将碘化铅溶于DMF中，碘化铅的浓度为4.62mg/mL，70℃加热搅拌直至PbI2完全溶解，用0.22μm的有机滤膜过滤，将PbI2溶液滴在TiO2多孔膜上，然后进行旋涂，旋涂完毕转移到70℃加热板上，加热30min；加热完毕冷却至室温后，将制备好的PbI2薄膜在异丙醇溶液中润湿，取出后立刻置于10mg/mL碘甲胺的异丙醇溶液中，PbI2薄膜颜色逐渐由黄色变为黑色；然后将薄膜转移到异丙醇溶液中轻微漂洗，旋涂至溶剂挥发，最后将其转移到70℃加热板上加热30min，即得有机‑无机钙钛矿层；(5)制备空穴传输层配制浓度为72.3mg/mL的Spiro‑OMeTAD的氯苯溶液，加入三种添加剂：分别为520mg/mL锂盐的乙腈溶液、四叔丁基吡啶和300mg/mL钴盐的乙腈溶液，三者的体积比为10:17:11，常温下搅拌1h，既得Spiro‑OMeTAD溶液；将Spiro‑OMeTAD溶液滴加到步骤(4)制备好的有机‑无机钙钛矿层上，然后进行旋涂，即得Spiro‑OMeTAD层；(6)制备PEDOT:PSS层将PEDOT:PSS颗粒与异丙醇混合，PEDOT:PSS颗粒在异丙醇中的质量分数为0.2‑5％，得到PEDOT:PSS喷涂液；PEDOT:PSS层制备分为两层，Layer I：取已制作好Spiro‑OMeTAD的膜，热喷涂PEDOT:PSS喷涂液；Layer II：取洗净的背电极基板，热喷涂不同量的PEDOT:PSS喷涂液；(7)电池组装及测试将喷涂好PEDOT:PSS的两个电极结合，用铁夹固定到一起，留出引电子和空穴的部分，覆盖面积为0.12cm‑2的mask，进行J‑V测试。