[发明专利]一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明属于微纳制造技术领域，并公开了一种全无机钙钛矿太阳能电池，包括基片玻璃、ITO导电层和光阳极、光吸收层和碳对电极层；所述光阳极为CdS纳米棒阵列结构，其具有孔隙结构；所述光吸收层为CsPbBr₃无机钙钛矿层，其嵌入到光阳极的孔隙结构内从而与光阳极形成紧密接触；所述碳对电极层铺在所述ITO导电层的上表面和所述光吸收层的上表面上，其通过丝网印刷成膜而形成。本发明能显著提高钙钛矿层与电子传输层之间的接触面积，增加电荷传输通道；对生长完成的CdS纳米棒阵列进行紫外臭氧处理，可以显著改善CdS薄膜的界面特性，减少晶粒边界，从而减少电子缺陷态密度，减少不利的电荷复合，提高电子传输特性。

主权项

1.一种制备全无机钙钛矿太阳能电池的方法，所述全无机钙钛矿太阳能电池包括基片玻璃、ITO导电层和光阳极、光吸收层和碳对电极层，其中，所述ITO导电层设置在所述基片玻璃的上表面上；所述光阳极为CdS纳米棒阵列结构，其设置在所述ITO导电层的上表面上并且具有孔隙结构；所述光吸收层为CsPbBr₃无机钙钛矿层，其嵌入到光阳极的孔隙结构内从而与光阳极形成紧密接触；所述碳对电极层铺在所述ITO导电层的上表面和所述光吸收层的上表面上，其通过丝网印刷成膜而形成，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)导电基底的图形化：在基片玻璃上沉积一层ITO导电层，并在ITO导电层上刻蚀出所需图形；(2)ITO导电层的清洗：分别用丙酮、乙醇、去离子水各超声清洗ITO导电层10～15分钟，然后用氮气流吹干，再对ITO导电层进行紫外臭氧处理0.5～1小时；(3)光阳极的制备：采用水热法在ITO导电层上生长出直径为80～90nm、长度为300～400nm的CdS纳米棒，从而形成CdS纳米棒阵列；水热法形成CdS纳米棒阵列在在高压釜内进行，高压釜内形成CdS纳米棒阵列的生长溶液中，Cd(NO₃)₂·4H₂O的深度为0.8～1.2mmol/L，硫脲的浓度为2.8～3.2mmol/L，谷胱甘肽的浓度为0.5～0.8mmol/L，高压釜内的反应温度为180～200℃，CdS纳米棒阵列的生长时间为2.5～3.5h；改变生长时间，可调节生成的CdS纳米棒的长度和直径，改变生长液中各物质的浓度可调节CdS纳米棒的密度；(4)无机钙钛矿层的制备：向CdS纳米棒阵列上滴加1mol/L～1.25mol/L的PbBr₂前驱体溶液，以1500～2500rpm的速度旋涂30～35秒，再浸入CsBr甲醇溶液中8～15分钟，最后在200～250℃温度条件下加热5～10分钟，从而结晶形成CsPbBr3钙钛矿层；(5)碳对电极的印刷成膜：在ITO导电层和CsPbBr3钙钛矿层上采用导电碳浆通过丝网印刷技术制备成膜，从而形成碳对电极，进而完成整个全无机钙钛矿太阳能电池的制备。