具有保护结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
阅读说明：本技术 具有保护结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 (Perovskite solar cell with protection structure and preparation method thereof ) 是由 孙魄 于 2021-07-26 设计创作，主要内容包括：本发明公开了具有保护结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法,钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成。本发明通过防紫外疏水层、FTO、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿光敏层和金属电极的设置,使得钙钛矿太阳能电池相较于传统的钙钛矿太阳能电池能够更好的光电转换,并且能够更好的进行自身保护,使得钙钛矿太阳能电池在使用过程中能够提升抗水解性,延长其使用寿命,解决了传统钙钛矿太阳能电池在长期工作中很容易对电极造成破坏,而且钙钛矿太阳能电池长期暴露于空气中,空气中的水蒸气会使钙钛矿材料水解,因此降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性的问题。(The invention discloses a perovskite solar cell with a protection structure and a preparation method thereof. According to the invention, through the arrangement of the ultraviolet-proof hydrophobic layer, the FTO, the electron transport layer, the hole transport layer, the perovskite photosensitive layer and the metal electrode, the perovskite solar cell can have better photoelectric conversion compared with the traditional perovskite solar cell, and can be better protected by itself, so that the hydrolysis resistance of the perovskite solar cell can be improved in the use process, the service life of the perovskite solar cell is prolonged, and the problems that the electrode is easily damaged in long-term work of the traditional perovskite solar cell, the perovskite solar cell is exposed in the air for a long time, and the perovskite material can be hydrolyzed by water vapor in the air, so that the stability of the perovskite solar cell is reduced are solved.)
技术领域
本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，具体为具有保护结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装置，钙钛矿型太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池，在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长，钙钛矿作为一种人工合成材料，首次被尝试应用于光伏发电领域后，因为性能优异、成本低廉、商业价值巨大，从此大放异彩。
钙钛矿型太阳能电池的电转换效率已经超过24％，但热不稳定性是阻碍其商业化的关键因素之一，传统钙钛矿太阳能电池的活性层AB钙钛矿结构中的X位卤素离子很容易发生迁移，其次一些传输层材料具有弱酸性和吸湿性，在长期工作中很容易对电极造成破坏，而且钙钛矿太阳能电池长期暴露于空气中，空气中的水蒸气会使钙钛矿材料水解，因此降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性。
发明内容
本发明的目的在于提供具有保护结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具备保护的优点，解决了传统钙钛矿太阳能电池的活性层AB钙钛矿结构中的X位卤素离子很容易发生迁移，其次一些传输层材料具有弱酸性和吸湿性，在长期工作中很容易对电极造成破坏，而且钙钛矿太阳能电池长期暴露于空气中，空气中的水蒸气会使钙钛矿材料水解，因此降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：具有保护结构的钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极。
优选的，所述钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、电子传输层、FTO、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极。
优选的，所述钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、钙钛矿光敏层、电子传输层、空穴传输层和金属电极。
优选的，所述钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿光敏层和金属电极。
优选的，其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
优选的，所述步骤B2中FTO在浸入去离子水中，通过超声波进行除杂的时间为15min。
优选的，所述步骤B3中放置在热台上的加热温度为450℃，且加热时间为40min。
优选的，所述步骤C1中的热台加热温度为110℃，加热时间为30min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1、本发明通过防紫外疏水层、FTO、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿光敏层和金属电极的设置，使得钙钛矿太阳能电池相较于传统的钙钛矿太阳能电池能够更好的光电转换，并且能够更好的进行自身保护，使得钙钛矿太阳能电池在使用过程中能够提升抗水解性，延长其使用寿命，解决了传统钙钛矿太阳能电池的活性层AB钙钛矿结构中的X位卤素离子很容易发生迁移，其次一些传输层材料具有弱酸性和吸湿性，在长期工作中很容易对电极造成破坏，而且钙钛矿太阳能电池长期暴露于空气中，空气中的水蒸气会使钙钛矿材料水解，因此降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性的问题。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
具有保护结构的钙钛矿太阳能电池，钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极。
本实施例中，具体的，钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、电子传输层、FTO、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极。
本实施例中，具体的，钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、钙钛矿光敏层、电子传输层、空穴传输层和金属电极。
本实施例中，具体的，钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿光敏层和金属电极。
本实施例中，具体的，其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
本实施例中，具体的，步骤B2中FTO在浸入去离子水中，通过超声波进行除杂的时间为15min。
本实施例中，具体的，步骤B3中放置在热台上的加热温度为450℃，且加热时间为40min。
本实施例中，具体的，步骤C1中的热台加热温度为110℃，加热时间为30min。
通过防紫外疏水层、FTO、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿光敏层和金属电极的设置，使得钙钛矿太阳能电池相较于传统的钙钛矿太阳能电池能够更好的光电转换，并且能够更好的进行自身保护，使得钙钛矿太阳能电池在使用过程中能够提升抗水解性，延长其使用寿命，解决了传统钙钛矿太阳能电池的活性层AB钙钛矿结构中的X位卤素离子很容易发生迁移，其次一些传输层材料具有弱酸性和吸湿性，在长期工作中很容易对电极造成破坏，而且钙钛矿太阳能电池长期暴露于空气中，空气中的水蒸气会使钙钛矿材料水解，因此降低了钙钛矿太阳能电池的稳定性的问题。
实施例二：
在实施例一中再加入下述工序：
钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、电子传输层、FTO、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极。
其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
步骤B2中FTO在浸入去离子水中，通过超声波进行除杂的时间为15min。
步骤B3中放置在热台上的加热温度为450℃，且加热时间为40min。
步骤C1中的热台加热温度为110℃，加热时间为30min。
实施例三：
在实施例二中再加入下述工序：
钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、钙钛矿光敏层、电子传输层、空穴传输层和金属电极。
其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
步骤B2中FTO在浸入去离子水中，通过超声波进行除杂的时间为15min。
步骤B3中放置在热台上的加热温度为450℃，且加热时间为40min。
步骤C1中的热台加热温度为110℃，加热时间为30min。
实施例四：
在实施例三中再加入下述工序：
钙钛矿太阳能电池由防紫外疏水层、FTO、电子传输层、钙钛矿光敏层、空穴传输层和金属电极组成，其排序由上到下分别为防紫外疏水层、FTO、电子传输层、空穴传输层、钙钛矿光敏层和金属电极。
其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
步骤B2中FTO在浸入去离子水中，通过超声波进行除杂的时间为15min。
步骤B3中放置在热台上的加热温度为450℃，且加热时间为40min。
步骤C1中的热台加热温度为110℃，加热时间为30min。
实施例五：
在实施例四中再加入下述工序：
步骤B2中FTO在浸入去离子水中，通过超声波进行除杂的时间为15min。
其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
实施例六：
在实施例五中再加入下述工序：
步骤C1中的热台加热温度为110℃，加热时间为30min。
其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
实施例七：
在实施例六中再加入下述工序：
步骤B3中放置在热台上的加热温度为450℃，且加热时间为40min。
其制备方法包括如下步骤：
A、防紫外疏水层的制备；
A1、首先取一块干净的FTO，利用化学气相沉积法在FTO上沉积氧化锌；
A2、然后利用旋涂法在氧化锌上旋涂钙钛矿光敏层，再利用光固化法在钙钛矿光敏层上沉积防紫外疏水层；
B、FTO清洗；
B1、取规格为1.5*1.5cm的FTO，通过防水胶带保护其3/5的部分，用锌粉和2mol/L的盐酸刻蚀掉2/5的FTO；
B2、用丙酮和异丙醇依次清洗腐蚀后的FTO六至八次，将清洗后的FTO完全浸入去离子水中，并通过超声波进行除杂；
B3、然后将浸入离子水中除杂的FTO取出，并在鼓风干燥箱中干燥，然后在手套箱中以4000rpm-6500rpm旋涂电子传输层前驱体溶液，旋涂过后立刻拿出手套箱，并放置在热台上以加热；
C、钙钛矿光敏层的制备；
C1、将旋完电子传输层后的FTO继续以3000rpm-4500rpm旋涂钙钛矿光敏层，之后随即在手套箱热台下加热，加热后自然冷却至室温；
D、空穴传输层的制备及氧化:
D1、旋完钙钛矿光敏层的FTO，在手套箱中以4000rpm-6500rpm继续旋涂空穴传输层，之后在手套箱中放置8h左右固化，然后拿出手套箱，随后放进低湿度干燥塔中氧化12h；
E、蒸镀电极:
E1、将氧化完的FTO放入蒸镀机，依次蒸镀8nm MoO，和100nmAg。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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