CN108123045A - 一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108123045A CN108123045A CN201711371685.0A CN201711371685A CN108123045A CN 108123045 A CN108123045 A CN 108123045A CN 201711371685 A CN201711371685 A CN 201711371685A CN 108123045 A CN108123045 A CN 108123045A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- transport layer
- solar cell
- preparation
- lead
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims abstract description 30
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 16
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 10
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 claims description 9
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 6
- -1 bismuth halide Chemical class 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 6
- ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N methanamine;hydrobromide Chemical compound [Br-].[NH3+]C ISWNAMNOYHCTSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 5
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 2
- TXKAQZRUJUNDHI-UHFFFAOYSA-K bismuth tribromide Chemical group Br[Bi](Br)Br TXKAQZRUJUNDHI-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010408 film Substances 0.000 description 10
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 4
- 239000003570 air Substances 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 3
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 2
- OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 1,4-dichlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=C(Cl)C=C1 OCJBOOLMMGQPQU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003074 TiCl4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 210000004556 brain Anatomy 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 229940117389 dichlorobenzene Drugs 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000086 high toxicity Toxicity 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000002427 irreversible effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 125000000956 methoxy group Chemical group [H]C([H])([H])O* 0.000 description 1
- 210000000653 nervous system Anatomy 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 210000004994 reproductive system Anatomy 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J titanium tetrachloride Chemical compound Cl[Ti](Cl)(Cl)Cl XJDNKRIXUMDJCW-UHFFFAOYSA-J 0.000 description 1
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本发明提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，其包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。本申请还提供了上述无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法。本申请利用Bi离子作为钙钛矿光吸收层中的替代离子，从而形成环境友好且稳定性好的无铅钙钛矿太阳能电池。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
在众多的新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注。钙钛矿太阳能电池的发展起源于敏化太阳能电池，且基于敏化太阳能电池、有机太阳能电池等在过去二十年里积累的经验，才得以飞速发展。
钙钛矿是一类具有高度对称紧密堆积结构的材料，化学和物理性质多样，在过去的数十年里得到了广泛的研究。近年来，基于无机有机杂化钙钛矿的太阳能电池得到了前所未有的关注，多晶薄膜钙钛矿光伏器件的功率转换效率已经超过22.1％，但目前杂化钙钛矿材料的稳定性很差，暴露在光照、受热或者与水和氧气接触的条件下极容易在短时间内降解失效。另外，目前主流的杂化钙钛矿材料含有有毒的重金属元素铅，由于铅的毒性比较大，目前高效的钙钛矿太阳能电池中的铅对环境造成很大污染还对人的神经系统、生殖系统和脑部系统造成不可逆转的损伤。另外，现有的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层均采用spiro-OMe TAD作为空穴传输材料，这种材料的合成工艺相当复杂并且价格昂贵，不利于钙钛矿基太阳能电池的商业化推广。
因此，传统钙钛矿太阳能电池的无铅化、提升其稳定性以及降低成本将成为科研工作者下一步攻关的一个重点的研究内容。寻找环境友好的金属离子来取代铅是钙钛矿进一步发展的重点之一，研发环保绿色稳定低成本的无铅钙钛矿太阳能电池具有重要的意义和应用价值。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种无铅钙钛矿太阳能电池，本申请提供的无铅钙钛矿太阳能电池稳定性好，且环境友好。
有鉴于此，本申请提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。
优选的，所述光吸收层的厚度为400nm～550nm。
优选的，所述电极的材料为Ag、Al或导电碳材料；所述电子传输层的材料为ZnO、TiO2或有机电子传输材料；所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS 4083；所述衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃；所述活性层的材料为P3HT:PCBM。
优选的，所述电子传输层的厚度为20～200nm，所述空穴传输层的厚度为30～300nm，所述电极的厚度为40～120nm，所述活性层的厚度为50～300nm。
本申请还提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备活性层，在所述活性层上制备光吸收层，在所述光吸收层上制备空穴传输层，在所述空穴传输层上制备电极；
所述光吸收层的制备过程具体为：
将卤化铋与甲基溴化铵溶于溶剂中，反应后得到前驱体反应液；
将所述前驱体反应液旋涂于活性层表面，热处理后得到光吸收层。
优选的，所述活性层的制备具体为：
将P3HT与PCBM的混合液旋涂于电子传输层表面，在室温下放置后进行退火，得到活性层。
优选的，所述退火在热台上进行，所述退火的温度为100～150℃，时间为5min～30min。
优选的，所述旋涂的转速为800～1200r/min，时间为45s～60s。
优选的，所述电极的制备采用真空蒸镀法，在蒸镀的膜厚前20nm内蒸镀速率小于0.1nm/s。
优选的，所述卤化铋为溴化铋。
本申请提供一种无铅钙钛矿太阳能电池，其光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构；上述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构，其具有较高的稳定性，不易降解，同时该吸收层中不含铅元素等污染环境的元素，在环保性能方面具有明显的优势；进一步的，本申请提供的钙钛矿太阳能电池中的空穴传输层的材料为PEDOT:PSS4083，该种材料有效降低了太阳能电池的成本，太阳能电池中设置的活性层提高了电子迁移率，同时提高了电池的效率。
附图说明
图1为现有技术的无铅太阳能电池的结构示意图；
图2为本发明提供的无铅太阳能电池的结构示意图；
图3为实施例1制备的(CH3NH3)3Bi2Br3薄膜的XRD图谱；
图4为实施例1制备的太阳能电池的J-V曲线图；
图5为实施例1制备的太阳能电池在不同时间段在AM1.5光照下的J-V测试曲线图；
图6为实施例2制备的太阳能电池的J-V曲线图；
图7为实施例3制备的太阳能电池的J-V曲线图；
图8为对比例1制备的太阳能电池的J-V曲线图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
针对太阳能电池中铅的环境污染和危害人类健康问题，本发明利用Bi离子作为钙钛矿结构中的替代离子，从而形成了新型环境友好的无铅钙钛矿结构的太阳能电池。具体的，本申请提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。
如图1所述，图1为现有技术太阳能电池的结构示意图，图2为本申请提供的太阳能电池的结构示意图，图中1为玻璃，2为ITO，3为电子传输层，4为光吸收层，5为空穴传输层，6为电极层，7为活性层。
具体的，本申请用作电极的材料可以为金属材料Ag或Al，还可以为导电碳材料。本申请实施例中所述电极的材料为Ag。
用作电子传输层的材料为无机n型半导体ZnO、TiO2或有机电子传输材料；在具体实施例中，本申请所述电子传输层的材料为TiO2，所述电子传输层的厚度为20～200nm。
用作空穴传输层的材料可选自无机p型半导体或者有机空穴传输材料；在具体实施例中，所述空穴传输层材料为PEDOT：PSS 4083，该种导电聚合物可有效降低太阳能电池的成本。所述空穴传输层的厚度为30～300nm。
用作衬底的材料为方阻为10～50Ω/□的ITO导电玻璃或FTO导电玻璃，在具体实施例中，所述用作衬底的材料选自ITO导电玻璃，其方阻为20Ω/□，规格为1.5cm×1.5cm，其中ITO玻璃表面的有效覆盖面积为1.0cm×1.5cm。
本申请光吸收层的材料为，其是一种钙钛矿结构的(CH3NH3)3Bi2Br3，其在光照、受热或者与水和氧气接触的条件下不易降解失效。本申请中所述光吸收层的厚度为400～550nm。目前典型的无铅钙钛矿CsSnX3光吸收层或CH3NH3SnX3(例如X＝Cl，I)光吸收层对空气极其敏感并且在室温的条件下数短时间内会变色、被氧化，从而改变其组成和结构。而在光照或受热的条件下对包含(CH3NH3)3Bi2Br9光吸收层的太阳能电池进行测试，在几个小时范围内太阳能电池无铅钙钛矿的晶型和外观形状的变化。
本申请还在光吸收层与电子传输层之间设置了活性层，所述活性层的材料为P3HT:PCBM。该活性层是有机物(体)，能增加和有机光吸收层之间相容，以实现良好的接触，增加激子的分离，提高电子的传输能力，保证了电子的迁移率长程有序，同时能提高器件的效率。
本发明还提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备活性层，在所述活性层上制备光吸收层，在所述光吸收层上制备空穴传输层，在所述空穴传输层上制备电极；
所述光吸收层的制备过程具体为：
将卤化铋与甲基溴化铵溶于溶剂中，反应后得到前驱体反应液；
将所述前驱体反应液旋涂于活性层表面，热处理后得到光吸收层。
上述太阳能电池的制备方法首先以衬底作为窗口层，并且在衬底上面刻蚀电极；然后在衬底上面旋涂有机材料得到电子传输层；第三在电子传输层上面制备有机活性层；第四在有机活性层上形成钙钛矿结构的(CH3NH3)3Bi2Br3的光吸收层薄膜；第五，在(CH3NH3)3Bi2Br3薄膜上制备空穴传输层；最后，在空穴传输层上面制备电极。
所述太阳能电池的制备过程具体为：
首先将导电玻璃进行清洗，以避免杂质元素对太阳能电池的影响；具体的，将导电玻璃依次采用异丙醇、去离子水、洗涤液、酒精、丙酮和异丙酮超声清洗，清洗后烘干；
再在烘干后的导电玻璃表面旋涂Ti AcAc，再将其浸泡于TiCl4溶液中，退火后得到TiO2致密层，将配置的含有TiO2浆料与乙醇的TiO2多孔层浆料旋涂于TiO2致密层，热处理后得到TiO2电子传输层；
然后在电子传输层表面旋涂含有活性层材料的混合溶液，热处理后得到活性层；所述活性层材料为质量比为1:0.8的P3HT与PCBM；
然后将卤化铋与甲基溴化铵溶于溶剂中，反应后得到前驱体反应液；将所述前驱体反应液旋涂于活性层表面，热处理后得到光吸收层；
然后在光吸收层表面旋涂空穴传输层的材料，热处理后得到空穴传输层；所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS 4083。
最后在空穴传输层表面蒸镀电极层。
上述制备光吸收层的过程中，所述退火在热台上进行，所述退火的温度为100～150℃，时间为5min～30min；所述旋涂的转速为800～1200r/min，时间为45s～60s。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
1)将ITO导电玻璃依次使用异丙醇、去离子水、洗涤液、酒精、丙酮和异丙酮超声清洗15min，清洗后放置90℃烘干箱烘干2h；
2)将含0.15M Ti的Ti AcAc旋涂在干净的ITO玻璃上，转速3000r/min，旋涂时间30s；接着在125℃下干燥5min，冷却至室温；然后在70℃的40mM TiCl4溶液中浸泡1小时，用去离子水清洗干净后，在氮气环境中干燥，然后在500℃下退火30min，得到TiO2致密层；
采用采购回来的TiO2浆料和乙醇按照质量比3:10配置成TiO2多孔层浆料，在氮气氛围的手套箱中，将多孔层浆料滴加旋涂到TiO2致密层上面，旋涂时设置转速为3000r/min，时间1min；随后将器件置于热台上，在500℃恒温下保持30min使TiO2结晶，制备得到TiO2多孔层，形成TiO2电子传输层，随后等待器件冷却；
3)采用天平称量P3HT和PCBM，质量比为1:0.8，随后转移到氮气手套箱中，在低水低氧氛围下用二氯苯作为溶剂配置20mg/ml的P3HT：PCBM混合溶液，然后在50℃恒温下磁力搅拌12h后用220nm滤头对混合液进行过滤；
将配置好的P3HT：PCBM混合溶液旋涂于TiO2电子传输层上，旋涂转速为800r/min，时间为15s×3，旋涂完成后，在室温下放置8h左右，然后将器件放置在120℃热台上退火10min，退火过程仍然在手套箱中完成，得到活性层；
4)称取一定量的BiBr3与甲基溴化铵溶于DMF中，混合配置成一定浓度的前驱体溶液，将配置好的溶液放置在超声振荡仪中超声振荡10min，使两者溶解充分、反应完全；然后将前驱体溶液旋涂于活性层上，旋涂仪转速为1000r/min，时间1min，旋涂完成后将玻璃片至于热台上，120℃下保持5min；这个过程中，钙钛矿薄膜逐渐变黑，形成(CH3NH3)3Bi2Br3光吸收层；图3为本实施例制备的(CH3NH3)3Bi2Br3光吸收层的XRD图谱；
5)在手套箱中，在导电玻璃上继续旋涂一层PEDOT:PSS 4083作为空穴传输层；旋涂时设置转速为3000r/min，时间30s，厚度约为40nm，随后将器件置于热台上，在120℃下退火15min，待器件冷却后，需要沿着ITO玻璃的垂直方向刮去1/3，形成1.0cm×1.0cm的太阳能电池；
6)采用真空蒸镀机在空穴传输层上面蒸镀Ag电极，在蒸镀镀膜之前，需要将蒸镀腔内真空度抽到4×10-4Pa以下，蒸镀阴极Ag时，蒸镀速度要严格控制，尤其是在蒸镀的膜厚前20nm，镀Ag的速率要控制的在0.1nm/s以下，这是为了使金属Ag与有机层之间形成平整的界面，有利于电子的传输，减少漏电流，但是如果蒸镀速率过低，容易导致腔内温度过高，对于器件的性能有不良影响，所以当膜厚超过20nm后，蒸镀Ag的速率可以适当提高，最终金属阳极Ag的蒸镀厚度为100nm左右。
根据本实施例制备的太阳能电池的I-V测试数据，得到J-V曲线，结果如图4所示，图4为本实施例制备的太阳能电池的J-V曲线图。
通过追踪器件参数在照射和空气暴露中随时间的变化来评估该实施例制备的太阳能电池的稳定性。如图5所示，图5为本实施例制备的太阳能电池在不同时间段在AM1.5光照下的J-V测试曲线图，由图5可知，太阳能电池的转换效率保留了90％以上。将(CH3NH3)3Bi2Br9薄膜在暴露于环境空气48小时，其仍保持几乎100％的吸收。因此，(CH3NH3)3Bi2Br9薄膜暴露于光和空气中不容易形成新的氧化物界面，在空气中是具有稳定性的无铅钙钛矿器件。
实施例2
实施例2与实施例1的制备方法相同，区别在于：步骤5)的旋涂时间为40s，厚度约为70nm。
根据本实施例制备的太阳能电池的I-V测试数据，得到J-V曲线，结果如图6所示，图6为本实施例制备的太阳能电池的J-V曲线图。
实施例3
实施例3与实施例1的制备方法相同，区别在于：步骤5)的旋涂时间为75s，厚度约为100nm。
根据本实施例制备的太阳能电池的I-V测试数据，得到J-V曲线，结果如图7所示，图7为本实施例制备的太阳能电池的J-V曲线图。
对比例1
与实施例1的制备方法相同，区别在于：电子传输层与光吸收层之间没有活性层。
根据本对比例制备的太阳能电池的I-V测试数据，得到J-V曲线，结果如图8所示，图8为本实施例制备的太阳能电池的J-V曲线图。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、活性层、电子传输层和衬底；所述光吸收层的材料为(CH3NH3)3Bi2Br3，所述(CH3NH3)3Bi2Br3具有钙钛矿结构。
2.根据权利要求1所述的无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述光吸收层的厚度为400nm～550nm。
3.根据权利要求1所述的无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电极的材料为Ag、Al或导电碳材料；所述电子传输层的材料为ZnO、TiO2或有机电子传输材料；所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS4083；所述衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃；所述活性层的材料为P3HT:PCBM。
4.根据权利要求1所述的无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为20～200nm，所述空穴传输层的厚度为30～300nm，所述电极的厚度为40～120nm，所述活性层的厚度为50～300nm。
5.一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
在衬底上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备活性层，在所述活性层上制备光吸收层，在所述光吸收层上制备空穴传输层，在所述空穴传输层上制备电极；
所述光吸收层的制备过程具体为：
将卤化铋与甲基溴化铵溶于溶剂中，反应后得到前驱体反应液；
将所述前驱体反应液旋涂于活性层表面，热处理后得到光吸收层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述活性层的制备具体为：
将P3HT与PCBM的混合液旋涂于电子传输层表面，在室温下放置后进行退火，得到活性层。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述退火在热台上进行，所述退火的温度为100～150℃，时间为5min～30min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述旋涂的转速为800～1200r/min，时间为45s～60s。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述电极的制备采用真空蒸镀法，在蒸镀的膜厚前20nm内蒸镀速率小于0.1nm/s。
10.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述卤化铋为溴化铋。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711371685.0A CN108123045A (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711371685.0A CN108123045A (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108123045A true CN108123045A (zh) | 2018-06-05 |
Family
ID=62229248
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711371685.0A Pending CN108123045A (zh) | 2017-12-19 | 2017-12-19 | 一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108123045A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108232015A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-29 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池及其制备方法 |
| CN110828588A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-21 | 宁波大学科学技术学院 | 一种碳基溴化铋修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106433619A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-02-22 | 华中科技大学 | 一种Bi基钙钛矿量子点材料的制备方法 |
| CN107437466A (zh) * | 2013-11-26 | 2017-12-05 | 亨特能量企业有限公司 | 钙钛矿和其它太阳能电池材料 |
-
2017
- 2017-12-19 CN CN201711371685.0A patent/CN108123045A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107437466A (zh) * | 2013-11-26 | 2017-12-05 | 亨特能量企业有限公司 | 钙钛矿和其它太阳能电池材料 |
| CN106433619A (zh) * | 2016-09-27 | 2017-02-22 | 华中科技大学 | 一种Bi基钙钛矿量子点材料的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108232015A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-06-29 | 晋江瑞碧科技有限公司 | 一种环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池及其制备方法 |
| CN110828588A (zh) * | 2019-11-07 | 2020-02-21 | 宁波大学科学技术学院 | 一种碳基溴化铋修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Liang et al. | Chemical bath deposited rutile TiO2 compact layer toward efficient planar heterojunction perovskite solar cells | |
| CN107359246B (zh) | 一种甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池的制作方法 | |
| CN105702864B (zh) | 一种高质量钙钛矿薄膜、太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105006522B (zh) | 一种基于钙钛矿的倒置薄膜太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105609641B (zh) | 一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105870341B (zh) | 一种提高钙钛矿晶体生长质量的方法及太阳能电池器件 | |
| CN106129251A (zh) | 一种柔性钙钛矿电池的结构及其制备方法 | |
| CN107240643B (zh) | 溴元素掺杂甲胺铅碘钙钛矿太阳能电池及其制作方法 | |
| CN109728169B (zh) | 一种掺杂有功能添加剂的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| CN104953030B (zh) | 一种界面修饰的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法 | |
| CN108269918A (zh) | 多孔钙钛矿薄膜、碳浆料与基于碳电极的太阳能电池 | |
| CN106480422B (zh) | 一种制备多晶钙钛矿薄膜的方法及太阳能电池器件 | |
| CN111987222A (zh) | 基于双钙钛矿材料的太阳能电池及制备方法 | |
| CN109037398A (zh) | 一种铯锡碘薄膜的制备方法及基于其的光伏器件 | |
| CN111864079B (zh) | 一种双电子传输层柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN105810831B (zh) | 一种铅锡混合钙钛矿薄膜、其制备方法及应用 | |
| CN104979494A (zh) | 一种钙钛矿薄膜及其制备方法和应用 | |
| CN108110068B (zh) | 一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| CN104485423A (zh) | 一种以溶液法制备的CrOx薄膜为阳极界面层的平面结构钙钛矿光伏电池及其制备方法 | |
| CN106384785A (zh) | 一种锡掺杂甲基铵基碘化铅钙钛矿太阳能电池 | |
| CN111446369B (zh) | 钙钛矿光伏电池器件及其制造方法 | |
| CN106340587A (zh) | 钙钛矿膜的制备方法和钙钛矿太阳能电池 | |
| CN107394045B (zh) | 有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池 | |
| CN109378390A (zh) | 一种制造p-i-n型钙钛矿太阳能电池的方法 | |
| CN111987221A (zh) | 基于空位钙钛矿材料的太阳能电池及制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180605 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |