一种钙钛矿太阳能电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光电器件领域，具体涉及一种电子传输修饰层，并将该修饰层用于钙 钛矿太阳能电池中。
【背景技术】
[0002] 由于能源问题，太阳能电池受到了人们的广泛关注。近几年来，基于钙钛矿材料 作为吸光材料的钙钛矿太阳能电池取得了飞速的发展，太阳能电池效率达到了 20%以上 (Nature, 2015, 476-480)，具有一定的商业应用价值。
[0003] 钙钛矿太阳能电池分为介孔结构和平面结构，平面结构又分为平面p-i-n结构和 平面n-i-p结构。由于平面结构制备工艺简单，对其研究较多。其中平面n-i-p钙钛矿太 阳能电池的基本结构是透明导电衬底/电子传输层/钙钛矿层/空穴传输层/金属电极。 其中钙钛矿层的形貌对光生载流子的产生和传输起着重要作用。高效率的钙钛矿太阳能电 池要求钙钛矿层形貌均匀、平整致密。然而通常通过旋涂法得到的钙钛矿层很难达到均匀 平整，并且经常出现一些针孔裂缝，导致钙钛矿层覆盖不完全，出现漏电流，限制了钙钛矿 太阳能电池效率的进一步提尚。
【发明内容】
[0004] 本发明提出一种电子传输修饰层，所述的修饰层为含有两个氨基以上的有机分 子，修饰层分子所含的氨基与钙钛矿材料中氨基具有相互作用，将其涂覆在钙钛矿太阳能 电池电子传输层上，可以诱导钙钛矿材料规整的生长，同时可以改善电子传输层和钙钛矿 层间的界面接触，有效提高太阳能电池的光电转换效率。
[0005] 本发明所述的钙钛矿太阳能电池，其结构包括透明导电衬底、电子传输层、修饰 层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。其中修饰层为含有两个氨基以上的有机分子，通过 涂覆的方法修饰在电子传输层上。
[0006] 所述的修饰层为含有两个氨基以上的有机分子，除端基外含1-8个碳原子。
[0007] 所述的电子传输层为 Ti02、ZnO、SnO2S Zn 2Sn04，膜厚为 20-100nm。
[0008] 所述的透明导电衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或柔性基底。
[0009] 所述的钙钛矿层为 CH3NH3PbI3 xBrj CH 3NH3PbI3 XC1X，其中 0 彡 X 彡 3。
[0010] 所述的空穴传输层为68mM的2,2'，7,7'_四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨 基]-9, 9' -螺二芴、26mM的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的混合物，所用 溶剂为体积比为10 :1的氯苯和乙腈的混合物，厚度为100_500nm。
[0011] 所述的金属电极为金、银、铜、镁或铝。
[0012] 本发明的有益效果是：
[0013] 本发明所提供的钙钛矿太阳能电池，在电子传输层和钙钛矿层之间还设有修饰 层，所述的修饰层为含有两个氨基以上的有机分子，修饰层分子所含的氨基与钙钛矿材料 中氨基具有相互作用，能够以异相成核的方式取代钙钛矿材料中的氨基，诱导钙钛矿材料 规整的生长，减少缺陷的产生，使钙钛矿层平整致密、形貌均匀，同时可以使电子传输层和 钙钛矿层间的界面接触紧密，降低界面电阻，有效提高太阳能电池的光电转换效率。
【附图说明】
[0014] 图1为本发明太阳能电池的结构示意图。
[0015] 图2是本发明实施例1中太阳能电池电流密度-电压曲线。
[0016] 图3是本发明实施例1没有修饰层的钙钛矿层扫描电镜图。
[0017] 图4是本发明实施例1修饰后的钙钛矿层扫描电镜图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所 述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0019] 如图1所示，本发明所述的钙钛矿太阳能电池，其结构包括透明导电衬底、电子传 输层、修饰层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。其中修饰层为含有两个氨基以上的有机 分子，通过涂覆的方法修饰在电子传输层上。
[0020] 优选的修饰层为含有两个氨基以上的有机分子，除端基外含1-8个碳原子。
[0021] 优选的修饰层为尿素、三聚氰胺、缩二脲、氰基胍或硫脲，厚度为0. l-10nm。修饰层 配成浓度为l_2mg/mL溶液通过涂覆的方法修饰在电子传输层上。优选尿素、三聚氰胺、缩 二脲、氰基胍或硫脲溶解于甲醇中。
[0022] 优选的电子传输层为 Ti02、ZnO、SnO2S Zn 2Sn04，膜厚为 20-100nm。
[0023] 优选的透明导电衬底为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃或柔性基底。
[0024] 优选的钙钛矿层为CH3NH3PbI3丨匕或CH 3NH3PbI3 XC1X，其中0彡X彡3,厚度为 100-500nm〇
[0025] 优选的空穴传输层为68mM的2,2'，7,7'_四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨 基]-9, 9' -螺二芴、26mM的双三氟甲烷磺酰亚胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的混合溶液制 备得到，溶液所用溶剂为体积比为10 :1的氯苯和乙腈的混合物，厚度为100_500nm。
[0026] 优选的金属电极为金、银、铜、镁或铝。
[0027] 实施例1 :
[0028] 将覆盖有氧化铟锡的玻璃基底依次用洗涤剂水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超 声洗涤后，在基底上湿法旋涂ZnO,厚度为20nm。尿素溶解于甲醇溶液中，浓度为2mg/mL，旋 涂在ZnO表面，厚度为0.5nm，尿素分子式如下：
[0030] 然后旋涂法制备厚度为IOOnm的CH3NH3PbI3钙钛矿层，70度下热处理20分钟后， 旋涂2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴、双三氟甲烷磺酰亚胺 锂和4-叔丁基吡啶的混合溶液，厚度为200nnm，最后用真空蒸镀的方法制备银电极。所制 备的有修饰层的电池效率为12. 9%，优于同等条件下没有经过修饰的钙钛矿太阳能电池效 率9. 1%，太阳能电池电流密度-电压曲线见图2。说明修饰层可以有效提高钙钛矿太阳能 电池效率。主要原因是没有修饰层的钙钛矿表面存在针孔裂缝，如扫描电镜图3所示，经过 尿素修饰后，钙钛矿层平整致密、形貌均匀，如扫描电镜图4所示。
[0031] 实施例2:
[0032] 将覆盖有FTO的玻璃基底依次用洗涤剂水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声洗 涤后，在基底上湿法旋涂TiO 2，厚度为50nm。三聚氰胺溶解于甲醇溶液中，浓度为lmg/mL， 旋涂在TiO2表面，厚度为0. lnm，三聚氰胺分子式如下：
[0034] 然后旋涂法制备厚度为500nm的CH3NH3PbI 2Br钙钛矿层，70度下热处理20分钟 后，旋涂2, 2'，7, 7'-四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9'-螺二芴、双三氟甲烷磺酰亚 胺锂和4-叔丁基吡啶的混合溶液，厚度为200nm，最后用真空蒸镀的方法制备金电极。所制 备的电池效率为12. 1%，优于同等条件下没有经过修饰的钙钛矿太阳能电池效率9. 1%。
[0035] 实施例3 :
[0036] 将覆盖有FTO的玻璃基底依次用洗涤剂水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声洗 涤后，在基底上湿法旋涂SnO 2，厚度为100nm。缩二脲溶解于甲醇溶液中，浓度为2mg/mL，旋 涂在SnO2表面，厚度为10nm，缩二脲分子式如下：
[0038] 然后旋涂法制备厚度为200nm的CH3NH3PbBr 3钙钛矿层，70度下热处理20分钟后， 旋涂2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴、双三氟甲烷磺酰亚胺 锂和4-叔丁基吡啶的混合物，厚度为lOOnm，最后用真空蒸镀的方法制备铝电极。所制备的 电池效率为10. 7%，优于同等条件下没有经过修饰的钙钛矿太阳能电池效率9. 1%。
[0039] 实施例4 :
[0040] 将覆盖有FTO的玻璃基底依次用洗涤剂水溶液、去离子水、丙酮和异丙醇超声洗 涤后，在基底上湿法旋涂Zn 2SnO4，厚度为30nm。氰基胍溶解于甲醇溶液中，浓度为2mg/mL， 旋涂在Zn2SnO4表面，厚度为0. 2nm，氰基胍分子式如下：
[0042] 然后旋涂法制备厚度为300nm的CH3NH3PbI2Cl钙钛矿层，70度下热处理10分钟 后，旋涂2, 2'，7, 7'-四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9'-螺二芴、双三氟甲烷磺酰亚 胺锂和4-叔丁基吡啶的混合溶液，厚度为500nm，最后用真空蒸镀的方法制备镁电极。所制 备的电池效率为11. 9%，优于同等条件下没有经过修饰的钙钛矿太阳能电池效率9. 1%。
【主权项】
1. 一种钙钛矿太阳能电池，其结构包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传 输层和金属电极，其特征在于：在电子传输层和钙钛矿层之间还设有修饰层，其中修饰层为 含有两个氨基以上的有机分子，且修饰层除端基外含1-8个碳原子，通过涂覆的方法修饰 在电子传输层上。2. 根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的修饰层为尿素、三聚 氰胺、缩二脲、氰基胍或硫脲，厚度为〇? I-IOnm03. 根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的透明导电衬底为ITO 导电玻璃、FTO导电玻璃或柔性基底。4. 根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的电子传输层为TiO 2、 ZnO、SnO2S Zn 2Sn04,厚度为 20_100nm。5. 根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的钙钛矿层为 CH3NH3PbI 3 xBrx或 CH3NH3PbI3 XC1X，其中 0 彡 X 彡 3,厚度为 100-500nm〇6. 根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的空穴传输层为68mM 的2, 2'，7, 7' -四[N，N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9, 9' -螺二芴、26mM的双三氟甲烷磺酰 亚胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的混合溶液制备得到，混合溶液所用溶剂为体积比为10 :1 的氯苯和乙腈的混合物，厚度为100-500nm。7. 根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述的金属电极为金、银、 铜、镁或错。
【专利摘要】一种钙钛矿太阳能电池属于光电器件领域，具体涉及一种电子传输修饰层，用于钙钛矿太阳能电池中。其结构包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极，在电子传输层和钙钛矿层之间还设有修饰层，其中修饰层为含有两个氨基以上的有机分子，且修饰层除端基外含1-8个碳原子，通过涂覆的方法修饰在电子传输层上。修饰层分子所含的氨基与钙钛矿材料中氨基具有相互作用，将其涂覆在钙钛矿太阳能电池电子传输层上，修饰层分子所含的氨基能够以异相成核的方式取代钙钛矿材料中的氨基，诱导钙钛矿材料规整的生长，使钙钛矿层平整致密、形貌均匀，同时改善电子传输层和钙钛矿层间的界面接触，显著提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
【IPC分类】H01L51/50
【公开号】CN105244449
【申请号】CN201510580639
【发明人】孟祥悦, 周军帅, 郑言贞, 陶霞, 陈建峰
【申请人】北京化工大学
【公开日】2016年1月13日
【申请日】2015年9月13日