基于Spiro-OMeTAD/Cu_XS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

基于Spiro-OMeTAD/Cu_XS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于Spiro?OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括透明导电衬底、氧化物电子传输层、钙钛矿吸光层、复合空穴传输层和金属电极，复合空穴传输层通过以下方式得到：在先在钙钛矿吸光层上旋涂一层Spiro?OMeTAD层，再通过真空热蒸发法将高纯度硫化铜粉末沉积在Spiro?OMeTAD层上，得到p型CuxS薄膜和Spiro?OMeTAD层复合的空穴传输层，其中，1≤x≤2。该复合空穴传输层空穴载流子迁移率可达0.1 cm2V?s?1，而且非常疏水，接触角达到92°，器件的水稳定性大大提高。采用本发明的复合空穴传输层的平面钙钛矿薄膜电池光电转换效率可达14%，器件1000小时衰减小于10%，这都优于单独采用Spiro?OMeTAD或者CuxS为空穴传输层的器件。
【专利说明】
基于Sp i r〇-0MeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池 及其制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及 其制备方法，属于光电子材料与器件领域。
【背景技术】
[0002] 21世纪以来，随着社会的发展和人类生活水平的提高，人类对能源的需求日益增 加，煤、石油、天然气等不可再生能源逐渐衰竭。能源问题迫切需要解决。太阳能具有清洁、 绿色和取之不尽、用之不竭等众多优点，因而具有广阔的发展前景。目前，各类太阳能电池 中硅基太阳能电池的制备技术较成熟，光电转化效率超过20 %。然而昂贵的价格限制了其 进一步广泛地应用;无机多元化合物基太阳能电池能够稳定有效地利用太阳光，效率高，成 本低，易大规模生产，但成分复杂难于控制。染料敏化太阳能电池廉价、效率比较高、制作工 艺要求低、寿命较长，但是在电解质固化后，难以保证较高的能量转换效率。有机太阳能电 池成本低廉、制备简单，但是目前光电转化效率有限。
[0003] 最新发现的钙钛矿电池近年来发展迅速，由于具有很高的光电转化效率，在国内 外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了很多的研究成果。钙钛矿吸光材料具有高 的载流子迀移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数，所以钙钛矿电池可以获得高的 短路电池、开路电压和填充因子。目前文献报道最高的钙钛矿电池效率是由国外Michael Gratzel等人发表在EES杂志上的关于钙钛矿光伏电池的阳离子掺杂的研究，采用传统有机 空穴传输层，取得了22.1% 的光电转化效率(Michael Saliba，Taisuke Matsui，Ji-Youn Seo，Konrad Domanski，Juan-Pablo Correa-Baena,Mohammad Khaja Nazeeruddin,Shaik M.Zakeeruddin, Wo Ifgang Tress，Antonio Abate , Anders Hagfeldt and Michael Gralzcl,,Cesium-containing triple cation perovskite solar cells : improved stability,reproducibility and high efficiency，Energy Environ.Sci.,2016,9, 1989-1997)。
[0004] 传统的高效钙钛矿电池一般采用有机空穴材料Spiro-OMe TAD作为空穴传输层，已 经取得了很高效率。这种有机空穴传输层虽然可以起到阻挡电子、传输空穴的作用，但是自 身的空穴迀移率不高，即使掺杂了无机的锂盐或其它添加剂，迀移率也只有l(T 4Cm2V · ?Γ1。 而且掺杂锂盐或其它添加剂容易引起空穴传输层在旋涂及后续氧化过程中形成孔洞，此种 孔洞容易导致金电极与钙钛矿的直接接触，引起器件性能降低。更不利的是，此类锂盐或其 它添加剂是亲水的，这对于器件的长期水稳定性是不利的。所以如果能找到一种新型的高 迀移率并且性能稳定、疏水的无机空穴传输材料对钙钛矿电池的发展来说意义重大。关于 无机空穴传输层或者有机无机复合的空穴传输层在钙钛矿中应用目前在国内外只有非常 少量的报道，目前用无机材料代替Spiro-OMeTAD作钙钛矿光伏电池的空穴传输层的，采用 CuSCN获得的最高效率为12.4%(Peng Qin，Soichiro Tanaka，Seigo Ito,Nicolas Tetreault,Kyohei Manabe，Hitoshi Nishino,Mohammad Khaja Nazeeruddin&Michael -G.rStz.el，Inorganic hole conductor-based lead halide perovskite solar cells with 12.4%conversion eff iciency,Nature Communications 5,3834)。但CuSCN溶于喊，在自 然环境下稳定性较差，所以虽然取得了较好的效率但是在长期稳定性方面还存在着问题， 在工业应用上并不太乐观。现今钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已经达到了工业化的要 求，但是在制备工艺、成本，特别是稳定性方面还有很多问题需要解决。所以为了实现钙钛 矿太阳能电池的尚效和稳定，如果可以结合有机材料的易制备、尚效率和无机材料的尚迁 移率、稳定性，研制一种有机无机复合的空穴传输层将意义重大。

【发明内容】

[0005] 本发明所要解决的问题是针对现有的钙钛矿薄膜光伏电池有机空穴传输层迀移 率低、稳定性差等问题，提供一种基于有机无机复合空穴传输层的钙钛矿薄膜光伏电池及 其制备方法。
[0006] 本发明主要内容：利用真空热蒸发法制备的p型半导体CuxS，制备了Spiro-OMeTAD/CuxS有机无机双层复合空穴传输层来制备钙钛矿太阳能电池。对比传统的钙钛矿 太阳能电池，本发明提供了一种Spiro-OMeTAD/CuxS作为空穴传输层的钙钛矿薄膜光伏电 池及其制备方法，该方法使得光伏电池的转化效率和器件长期稳定性得到提高。
[0007] 本发明提供的技术方案具体如下：
[0008] 一种基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导 电衬底和依次层叠于透明导电衬底上的金属氧化物电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输 层以及金属电极层;其特征在于:所述的空穴传输层通过以下方式得到:先在钙钛矿吸光层 上旋涂一层Spiro-OMeTAD层，再通过真空热蒸发法将高纯度硫化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层上，得到p型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴传输层，其中，1彡X彡2。
[0009] 所述的 CuxS 为 &^、(：111.753、(：111.83、(：11 1.963、(：1123中的一种。
[0010] 所述的p型CuxS薄膜的厚度为20-70nm。
[0011] 所述的空穴传输层具体通过以下方式得到：首先配置含68mM的2,2'，7,7'-四[\ N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、2611^的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和5511^的4-叔 丁基吡啶的Spiro-OMeTAD前驱体溶液，溶剂是体积比为10:1的氯苯/乙腈混合液;然后将配 置好的Spiro-OMeTAD前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在钙钛矿吸光层上，形成Spiro-OMeTAD层;最后在真空镀膜设备中通过真空热蒸发法将高纯度的硫化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层上，得到p型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴传输层。
[0012] 所述的透明导电衬底为FT0导电玻璃或IT0导电玻璃;所述的金属氧化物电子传输 层为Sn02薄膜;所述的钙钛矿吸光层为CH 3NH3Pb 13薄膜;所述的金属电极层为金电极。
[0013] -种制备上述基于Spir〇-0MeTAD/CuxS复合空穴传输层的f丐钛矿太阳能电池的方 法，包括以下步骤：
[0014] (1)采用半导体工艺清洗透明导电衬底，用氮气吹干；
[0015] (2)在清洗后的透明导电衬底上制备金属氧化物电子传输层；
[0016] (3)在金属氧化物电子传输层上制备钙钛矿吸光层；
[0017] (4)先在钙钛矿吸光层上旋涂一层Spiro-OMeTAD层，再通过真空热蒸发法将高纯 度硫化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层上，得到p型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴 传输层，其中，2;
[0018] (5)在空穴传输层上蒸发制备金属电极层。
[0019] 所述步骤⑷具体包括以下步骤:首先配置含68mM的2,2'，7,7'-四[1^-二(4-甲 氧基苯基)氨基]-9，9'_螺二芴、26mM的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的 Spiro-OMeTAD前驱体溶液，溶剂是体积比为10:1的氯苯/乙腈混合液；然后将配置好的 Spiro-OMeTAD前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在钙钛矿吸光层上，形成Spiro-OMeTAD层； 最后在真空镀膜设备中通过真空热蒸发法将高纯度的硫化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层 上，得到P型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴传输层。
[0020] 步骤（4)中真空热蒸发法沉积硫化铜粉末的条件为：所述硫化铜粉末的纯度为 99.99% ;本底真空为10-4Pa;加热电流为30~45A，蒸发时间为30s~3min。
[0021] 所述步骤(2)具体包括以下步骤:首先将0.025~0.2mol/L的SnCl2 · 2H20乙醇溶液 搅拌10~40分钟，得到金属氧化物前驱体溶液;将配置好的金属氧化物前驱体溶液用甩胶 机均匀地旋涂在清洗干净的透明导电衬底上;最后在180摄氏度条件下退火1小时，得到金 属氧化物电子传输层；
[0022] 所述步骤(3)具体包括以下步骤:首先将CH3NH3I和Pbl2按摩尔比1:1溶解在二甲基 甲酰胺中，60摄氏度下搅拌24小时，得到钙钛矿前驱体溶液;然后将配置好的钙钛矿前驱体 溶液用甩胶机均匀地旋涂在经过退火的金属氧化物电子传输层上；最后于60摄氏度退火2 分钟，于100摄氏度退火5分钟。
[0023]上述基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池在光电领域中 的应用。
[0024] 本发明具有以下优点和有益效果：
[0025] (1)本发明通过步骤简单、低成本的方法制备出一种基于新型有机无机复合空穴 传输层的高效稳定的钙钛矿太阳能电池，制备的器件具有很好光电转化效率和稳定性能， 有利于技术的应用和推广。
[0026] (2)本发明采用有机无机复合材料作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，有机层 为Spiro-OMeTAD，无机层为p型半导体Cu xS，该有机无机复合的空穴传输层空穴载流子迀移 率可达0. lcm2V · ?Γ1，平面钙钛矿薄膜电池光电转换效率可达14%，器件1000小时衰减小于 10%，这都优于单独采用Spiro-OMeTAD或者Cu xS为空穴传输层的器件，大大地提高了太阳 能电池的光电转换效率和稳定性。
[0027] (3)本发明Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层非常疏水，接触角达到92°，使器件 的水稳定性大大提尚。
【附图说明】
[0028]图1是钙钛矿太阳能电池的器件结构图，其中，1 一透明导电衬底，2-金属氧化物 电子传输层，3-|丐钛矿吸光层，4 一Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层，5-金属电极层。 [0029 ]图2是实施例1制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0030] 图3是实施例2制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0031] 图4是实施例3制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0032] 图5是实施例4制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0033 ]图6是实施例5制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0034] 图7是实施例6制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0035] 图8是实施例7制得钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线图。
[0036] 图9是实施例8制得钙钛矿太阳能电池的稳定性测试结果图。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合实施例对本发明进一步描述，该描述只是为了更好的说明本发明而不是 对其进行限制。本发明并不限于这里所描述的特殊实例和实施方案。任何本领域中的技术 人员很容易在不脱离本发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，都落入本发明 的保护范围。
[0038] 实施例1:
[0039] (1)透明导电衬底的清洗:实验中要先对FT0导电玻璃衬底进行清洗、吹干。首先将 导电玻璃用玻璃刀切割成所需的尺寸大小，切割好后用清洁剂先清洗干净，再用去离子水 冲洗。然后将其放入超声波清洗器中，依次用去丙酮、乙醇、离子水中超声清洗，最后再用氮 气吹干，即可得到实验所需的表面干净的透明导电衬底。
[0040] (2)金属氧化物电子传输层的制备:将0. lmol/L的SnCl2 · 2H20乙醇溶液搅拌三十 分钟，得到金属氧化物前驱体溶液;将配置好的不同浓度的金属氧化物前驱体溶液用甩胶 机均匀地旋涂在导电衬底上，甩好后在180摄氏度条件下退火一小时，得到金属氧化物电子 传输层。
[0041 ] (3)钙钛矿吸光层制备:将CH3NH3I和Pbl 2按摩尔比1:1溶解在二甲基甲酰胺中，60 摄氏度下搅拌24小时，得到钙钛矿前驱体溶液;然后将配置好的钙钛矿前驱体溶液用甩胶 机均匀地旋涂在经过退火的Sn02电子传输层上，甩好后先在60摄氏度下退火2分钟，再在 100摄氏度下退火5分钟，得到钙钛矿吸光层。
[0042] (4)有机空穴传输层的制备：用甩胶机在钙钛矿吸光层上旋涂一层预先配置好的 有机空穴传输层溶液(含68mM的2，2 '，7，7 四[N，N-二(4-甲氧基苯基）氨基]-9，9 螺二 芴、26mM的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和55mM的4-叔丁基吡啶的混合溶液。所用溶剂是体积 比为10:1的氯苯和乙腈的混合液）。
[0043] (5)金属电极层的制备:把制备好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热 蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0044] (6)测试:在AM1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对电池进行测试。获得的 光电转换效率参数为:开路电压1.07V，短路电流密度17.46mA/cm 2,填充因子0.60,转换效 率 11.21%〇
[0045] 实施例2:
[0046] (1)透明导电衬底的清洗:同实施例1。
[0047] (2)金属氧化物电子传输层的制备：同实施例1。
[0048] ⑶钙钛矿吸光层(CH3NH3PbI3层)的制备：同实施例1。
[0049] (4)空穴传输层的制备:有机空穴传输层(Spiro-OMeTAD层）的制备步骤同实施例 1，随后在Spiro-OMeTAD层上真空蒸发一层无机空穴传输材料CuxS:称取3mg硫化铜粉末，待 热蒸发真空镀膜机本底真空优于l(T4Pa，电流40A加热，蒸发时间30s。
[0050] (5)金属电极层的制备:把制备好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热 蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0051 ] (6)测试:在AM1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对制备好的钙钛矿太阳能 电池进行测试。获得的光电转换效率参数为:开路电压1. IV，短路电流密度20.3ImA/cm2，填 充因子62.16,转换效率14%。
[0052] 实施例3:
[0053] (1)透明导电衬底的清洗:同实施例1。
[0054] (2)金属氧化物电子传输层的制备：同实施例1。
[0055] ⑶钙钛矿吸光层(CH3NH3PbI3层)的制备：同实施例1。
[0056] (4)空穴传输层的制备:直接在钙钛矿吸光层上蒸发一层无机空穴传输材料CuxS。 称取30mg硫化铜粉末，待热蒸发真空镀膜机本底真空优于l(T4Pa，电流30A加热，蒸发时间 3min〇
[0057] (5)金属电极层的制备:把制备好的空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过 热蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0058] (6)测试:在AM 1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对制备好的钙钛矿太阳 能电池进行测试。获得的光电转换效率参数为:开路电压0.6V，短路电流密度14.54mA/cm2， 填充因子0.36,转换效率3.14%。
[0059] 实施例4:
[0060] (1)透明导电衬底的清洗:同实施例1。
[00611 (2)金属氧化物电子传输层的制备：同实施例1。
[0062] ⑶钙钛矿吸光层(CH3NH3PbI3层)的制备：同实施例1。
[0063] (4)空穴传输层的制备:有机空穴传输层Spiro-OMeTAD的制备同实施例1;随后在 Spiro-OMeTAD层上蒸发制备一层无机空穴传输材料CuxS:称取10mg硫化铜粉末，待热蒸发 真空镀膜机本底真空优于l(T4Pa，电流45A加热，蒸发时间lmin。
[0064] (5)金属电极层的制备:把制备好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热 蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0065] (6)测试:在AM1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对制备好的钙钛矿太阳能 电池进行测试，获得的光电转换效率参数为:开路电压1.07V，短路电流密度19.68mA/cm 2， 填充因子〇. 47，转换效率9.9 %。
[0066] 实施例5:
[0067] (1)透明导电衬底的清洗:同实施例1。
[0068 ] (2)金属氧化物电子传输层的制备：同实施例1。
[0069] ⑶钙钛矿吸光层(CH3NH3PbI3层)的制备：同实施例1。
[0070] (4)空穴传输层的制备:有机空穴传输层Spiro-OMeTAD的制备同实施例1，随后在 Spiro-OMeTAD层上蒸发一层无机空穴传输材料CuxS:称取5mg硫化铜粉末，待热蒸发真空镀 膜机本底真空优于l(T4Pa，电流40A加热，蒸发时间2min。
[0071] (5)金属电极层的制备:把制备好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热 蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0072] (6)测试:在AM1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对制备好的钙钛矿太阳能 电池进行测试，获得的光电转换效率参数为:开路电压1.07V，短路电流密度19.55mA/cm2， 填充因子0.56,转换效率11.71 %。
[0073] 实施例6:
[0074] (1)透明导电衬底的清洗:同实施例1。
[0075] (2)金属氧化物电子传输层的制备：同实施例1。
[0076] ⑶钙钛矿吸光层(CH3NH3PbI3层)的制备：同实施例1。
[0077] (4)空穴传输层的制备:有机空穴传输层Spiro-OMeTAD的制备同实施例1，随后在 Spiro-OMeTAD层上蒸发一层无机空穴传输材料CuxS:称取15mg硫化铜粉末，待热蒸发真空 镀膜机本底真空优于l(T4Pa，电流42A加热，蒸发时间2min30s。
[0078] (5)金属电极层的制备:把制备好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热 蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0079] (6)测试:在AM1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对制备好的钙钛矿太阳能 电池进行测试。获得的光电转换效率参数为:开路电压1.06V，短路电流密度19.17mA/cm 2， 填充因子〇. 48，转换效率9.75 %。
[0080] 实施例7:
[0081 ] (1)透明导电衬底的清洗:同实施例1。
[0082 ] (2)金属氧化物电子传输层的制备：同实施例1。
[0083] ⑶钙钛矿吸光层(CH3NH3PbI3层)的制备：同实施例1。
[0084] (4)空穴传输层的制备:不旋涂Spiro-OMeTAD，直接在钙钛矿上蒸发一层无机空穴 传输材料CuxS:称取5mg硫化铜粉末，待热蒸发真空镀膜机本底真空优于l(T4Pa，电流40A加 热，蒸发时间50s。
[0085] (5)金属电极层的制备:把制备好空穴传输层的样品放在真空蒸发设备里通过热 蒸发工艺蒸发一层金薄膜电极。
[0086] (6)测试:在AM1.5,活性层有效面积为0.09cm2的条件下对制备好的钙钛矿太阳能 电池进行测试。获得的光电转换效率参数为:开路电压0.64V，短路电流密度14.55mA/cm 2， 填充因子〇. 48，转换效率4.47 %。
[0087] 实施例8:
[0088] 测试器件在空气中30%湿度下1000小时的稳定性。对比本发明的Spiro-OMeTAD/ CuxS复合空穴传输层的钙钛矿薄膜光伏电池与常规的Spiro-OMeTAD空穴传输层钙钛矿薄 膜光伏电池。采用Spir〇-0MeTAD/CuxS的器件1000h衰减小于10%，采用Spiro-OMeTAD的器 件100011衰减为20%。
【主权项】
1. 一种基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬 底和依次层叠于透明导电衬底上的金属氧化物电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层以 及金属电极层;其特征在于:所述的空穴传输层通过以下方式得到:先在钙钛矿吸光层上旋 涂一层Spiro-OMeTAD层，再通过真空热蒸发法将高纯度硫化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层 上，得到P型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴传输层，其中，1彡X彡2。2. 根据权利要求1所述的基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电 池，其特征在于:所述的Cu xS为CuS、Cm. 75S、Cm. 8S、Cm. 96S、Cu2S中的一种。3. 根据权利要求1所述的基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电 池，其特征在于:所述的P型Cu xS薄膜的厚度为20-70 nm。4. 根据权利要求1所述的基于Spir〇-0MeTAD/CuxS复合空穴传输层的|丐钛矿太阳能电 池，其特征在于:所述的空穴传输层具体通过以下方式得到：首先配置含68 mM的2，2 '，7， 7'-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9,9'_螺二芴、26 mM的双三氟甲基磺酸亚酰胺锂和 55 mM的4-叔丁基吡啶的Spiro-OMeTAD前驱体溶液，溶剂是体积比为10:1的氯苯/乙腈混合 液;然后将配置好的Spiro-OMeTAD前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在钙钛矿吸光层上，形 成Spiro-OMeTAD层;最后在真空镀膜设备中通过真空热蒸发法将高纯度的硫化铜粉末沉积 在Spiro-OMeTAD层上，得到p型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴传输层。5. 根据权利要求1所述的基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电 池，其特征在于:所述的透明导电衬底为FT0导电玻璃或IT0导电玻璃;所述的金属氧化物电 子传输层为Sn〇2薄膜;所述的|丐钛矿吸光层为CH3NH3Pbl3薄膜;所述的金属电极层为金电 极。6. -种制备权利要求1-5任一项所述的基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛 矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 采用半导体工艺清洗透明导电衬底，用氮气吹干； (2) 在清洗后的透明导电衬底上制备金属氧化物电子传输层； (3) 在金属氧化物电子传输层上制备钙钛矿吸光层； (4) 先在钙钛矿吸光层上旋涂一层Spiro-OMeTAD层，再通过真空热蒸发法将高纯度硫 化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层上，得到p型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴传输 层，其中，1彡X彡2; (5) 在空穴传输层上蒸发制备金属电极层。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)具体包括以下步骤:首先配置 含68 mM的2,2'，7,7'_四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、26 mM的双三氟甲 基磺酸亚酰胺锂和55 mM的4-叔丁基吡啶的Spiro-OMeTAD前驱体溶液，溶剂是体积比为10: 1的氯苯/乙腈混合液;然后将配置好的Spiro-OMeTAD前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在钙 钛矿吸光层上，形成Spiro-OMeTAD层;最后在真空镀膜设备中通过真空热蒸发法将高纯度 的硫化铜粉末沉积在Spiro-OMeTAD层上，得到p型Cu xS薄膜和Spiro-OMeTAD层复合的空穴 传输层。8. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于:步骤(4)中真空热蒸发法沉积硫化铜粉 末的条件为:所述硫化铜粉末的纯度为99.99%;本底真空为1(T 4 Pa;加热电流为30~45 A，蒸 发时间为30 s~3 min。9. 根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于:所述步骤(2)具体包括以下步骤:首先 将0.025~0.2 mol/L的SnCl2·2H20乙醇溶液搅拌10~40分钟，得到金属氧化物前驱体溶液;将 配置好的金属氧化物前驱体溶液用甩胶机均匀地旋涂在清洗干净的透明导电衬底上;最后 在180摄氏度条件下退火1小时，得到金属氧化物电子传输层； 所述步骤(3)具体包括以下步骤:首先将CH3NH3I和Pbl2按摩尔比1:1溶解在二甲基甲酰 胺中，60摄氏度下搅拌24小时，得到钙钛矿前驱体溶液;然后将配置好的钙钛矿前驱体溶液 用甩胶机均匀地旋涂在经过退火的金属氧化物电子传输层上;最后于60摄氏度退火2分钟， 于100摄氏度退火5分钟。10. 权利要求1-5任一项所述的基于Spiro-OMeTAD/CuxS复合空穴传输层的钙钛矿太阳 能电池在光电领域中的应用。
【文档编号】H01L51/46GK106025085SQ201610566473
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】方国家, 雷红伟, 郑小璐, 杨光
【申请人】武汉大学