[发明专利]原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池及其方法

摘要

本发明公开了一种原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池及其方法，属于太阳能电池技术领域。在金属基底上通过化学刻蚀的方法形成一层多孔状形貌，利用加热氧化后形成了基底电子传输层一体化电极，然后依次沉积钙钛矿层和空穴传输层，最后蒸镀薄金作为电极。该钙钛矿太阳能电池可获得9.32％的光电转化效率，其中开路电压为0.89V，短路电流密度为18.11mA/cm²，填充因子为0.58。这种结构的钙钛矿太阳能电池利用廉价金属基底作为电极，降低了电池成本的同时简化电池的制备工艺，有利于钙钛矿太阳能电池的商业化发展。

主权项

1.一种原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池的方法，所述的原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池从下到上依次为金属基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及薄金电极，其中，金属基底和电子传输层为致密层、多孔层一体化的金属电极；步骤如下：步骤1、对金属基底的打磨清洗：步骤1.1、采用3000‑7000目砂纸对金属基底打磨，然后表面抛光处理；步骤1.2、将打磨好的金属基底依次用丙酮、异丙醇、无水乙醇和去离子水中各超声清洗10‑30分钟；步骤2、对金属基底的化学处理，制备多孔形貌：将打磨清洗后的金属基底置于1‑5M的硫酸溶液中在30‑90℃下进行刻蚀1‑3小时，冲洗吹干，待用；步骤3、烧结形成氧化物作为电子传输层：将步骤2制备的已经形成多孔形貌的金属基底在300‑600℃下烧结1‑5小时，利用热氧化形成一层氧化物作为电子传输层；步骤4、在电子传输层上沉积钙钛矿层：步骤4.1、将碘化铅溶解于N，N‑二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，得到碘化铅溶液；其中，N，N‑二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为5:1，碘化铅溶液的浓度为1‑1.5M；配制1‑1.5M的甲基碘化铵的异丙醇溶液；步骤4.2、碘化铅溶液在40‑60℃的热台上搅拌1‑3小时，用孔径为0.2μm的滤膜过滤，甲基碘化铵的异丙醇溶液同样用0.2μm的滤膜过滤后使用；步骤4.3、将步骤4.2得到的碘化铅溶液以3000‑5000rpm/min的速度旋涂到步骤2制备的金属基底上，自然挥发溶剂10‑60分钟后，再将步骤4.2得到的甲基碘化铵的异丙醇溶液按照5000‑7000rpm/min的速度旋涂到碘化铅上，将金属基底放到热台上，80‑120℃下退火30‑60分钟形成钙钛矿层；步骤5、在钙钛矿层上沉积空穴传输层：步骤5.1、配制1‑1.5M的Spiro‑MeOTAD氯苯溶液，每毫升Spiro‑MeOTAD氯苯溶液加入100微升Li‑TFSI溶液、4‑叔丁基吡啶溶液以及钴盐配体的混合溶液，三者的体积比为10:17:11；在40‑60℃下搅拌1‑3小时，使其全部溶解；步骤5.2、将空穴传输层材料按照4500‑7500rpm/min的速度旋涂到钙钛矿层上形成空穴传输层；步骤6、在空穴传输层上蒸镀薄金电极，完成原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池。