固霧界面反應制備鈣鈦礦太陽能電池鈣鈦礦層的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，利用具有鈣鈦礦結構的有機-無機雜化鹵化物制備的太陽能電池，由于具有溶液可加工性和高光電轉換效率，受到了廣泛關注。這種鈣鈦礦太陽能電池主要由電子傳輸層，鈣鈦礦吸光層和空穴傳輸層組成。其中，鈣鈦礦吸光層的形貌和結晶性很大程度的決定了最終制備的鈣鈦礦太陽電池的性能。目前大家普遍使用一步加熱法制備鈣鈦礦膜，但這種方法的缺點在于得到的鈣鈦礦膜形貌覆蓋率不好，重復性不高。也有人使用順序沉積的方法制備鈣鈦礦膜，這種方法相對前一種效果好了很多，但是這種方法會浪費原材料，并且原料碘甲胺的量和溶劑的量不容易控制，使得想要進一步提高鈣鈦礦膜制備的質量比較困難。因此，找到一種重復性好，增加對反應物的量的可控性，節約原材料，又能制備得到高質量高性能的鈣鈦礦膜的方法，成為了科研工作者的研究熱點。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服現有技術制備的有機金屬鹵化物鈣鈦礦太陽能電池鈣鈦礦膜覆蓋率不好、重復性差的缺點，提出了一種利用固霧界面反應制備鈣鈦礦太陽電池中鈣鈦礦層的方法，其具體方法如下:
[0004]A、用旋涂的方法使碘化鉛溶液在二氧化鈦表面成膜；
[0005]B、在溫度為40?160°C下預熱，同時除去碘化鉛溶液溶劑；
[0006]C、二氧化鈦達到預熱溫度并除去碘化鉛溶液溶劑后繼續在相同溫度下持續加熱，同時用噴霧或者超聲霧化的方式以2?10 μ L/s的霧化速度將濃度為5?20mg/mL有機鹵化物溶液轉化為溶液霧，讓溶液霧與加熱中的二氧化鈦表面的碘化鉛接觸進行反應至碘化鉛完全反應。
[0007]D、繼續在40?160°C下加熱，去除有機鹵化物溶液中的溶劑；
[0008]E、冷卻后去除未反應的有機鹵化物后在二氧化鈦表面得到鈣鈦礦層。
[0009]其中，所述有機鹵化物為碘甲胺、碘甲脒、溴甲胺和溴甲脒中的I?4種，優選碘甲胺。有機鹵化物溶液的溶液為能溶解所述有機鹵化物且易揮發、能夠被霧化的溶劑，優選異丙醇。
[0010]步驟B的預熱溫度以及步驟C和步驟D中溫度優選80°C。
[0011]步驟C中，霧化速度優選5 μ L/s。
[0012]步驟E的優選方式為通過異丙醇洗滌后在70°C退火20?60min。
[0013]此外，步驟A中旋涂時碘化鉛溶液時勻膠機的轉速為3000?6000r/min，持續30s ;最優值為4000r/min，持續30s。勻膠機轉速影響旋涂過程中二氧化鈦表面留下的碘化鉛溶液量，過高的轉速降低了留在二氧化鈦表面的碘化鉛溶液量。
[0014]旋涂時碘化鉛溶液的使用量為50 μ L、濃度為300?500mg/mL，因此在噴霧過程中有機鹵化物溶液的使用量為50?1000 μ L，能夠保證碘化鉛能夠完全反應。
[0015]本發明用于制備鈣鈦礦太陽電池中鈣鈦礦層。
[0016]本發明的有益效果:
[0017]1、用本發明方法所制備的鈣鈦礦層結晶性好，覆蓋率高，可提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉化效率。
[0018]2、用本發明方法所制備的鈣鈦礦層質量重復性好，有利于推廣應用于實際生產。
[0019]3、用本發明方法所制備的鈣鈦礦太陽電池，其反應時間短，反應條件易于控制，且設備簡單，具有可操作性強的特點。
[0020]4、提高了制備鈣鈦礦太陽電池的原料利用率，節約原材料、降低鈣鈦礦太陽能電池的生產成本。
【附圖說明】
[0021]圖1為利用本發明方法制備得到的鈣鈦礦太陽能電池掃描電鏡照片
【具體實施方式】
[0022]下面通過實施例，并結合說明書附圖對本發明技術方案做進一步解釋和說明。
[0023]實施例1
[0024]以FTO導電玻璃為基底I ;將Ti (OPr) 2 (AcAc) 2用乙醇稀釋10倍，取1.2mL稀釋后的溶液平均分為六次，并在基底溫度為450°C的條件下，以氧氣為載體進行噴霧熱解得到致密二氧化鈦膜2。將購買的二氧化鈦漿料(18NRT，Dyesol)和乙醇按照質量比為1:6的配比混合均勻，得到稀釋后的二氧化鈦漿料，取50 μ L，設置勻膠機轉速5000r/min，持續時間30s，在致密二氧化鈦膜上得到一層均勻厚度的膜，隨后對制備得到的膜進行干燥和燒結，溫度依次為80°(:，125°(:，350°(:和500°C，每個溫度持續時間均為30min ;去除膜中的非二氧化鈦物質，得到由二氧化鈦納米顆粒構成的多孔膜3。
[0025]將濃度為462mg/mL的碘化鉛的二甲基甲酰胺溶液50 μ L滴到多孔二氧化鈦膜上，設置勻膠機轉速4000r/min，持續時間30s，在多孔二氧化鈦膜上得到一層均勻厚度的碘化鉛膜，隨后對制備得到的膜進行干燥和預熱，溫度為80°C，持續5min。隨后，將400 μ L的lOmg/mL的碘甲胺的異丙醇溶液用噴霧的方式，使碘化鉛膜和碘甲胺溶液霧進行反應，噴霧的速度為5 μ L/s。噴霧結束后繼續加熱lOmin，隨后用異丙醇出去未反應的碘甲胺，并在70°C下退火30min，得到鈣鈦礦膜4。
[0026]等上述鈣鈦礦膜冷卻至室溫后，旋涂空穴傳輸材料的溶液，每mL氯苯中含有:72.3mg 的 2，2’，7，7’_ 四[N，N-二 (4-甲氧基苯基)氨基]_9，9’-螺二芴(Spiro-MeOTAD)、28.8 μ L的4-叔丁基吡啶和17.5 μ L的520mg/mL的雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)的乙腈溶液。旋涂的轉速為4000r/min，時間為20s，得到空穴傳輸層5。
[0027]最后以蒸發鍍膜的方式制備SOnm厚的銀對電極6，得到所述鈣鈦礦太陽電池電池器件。
[0028]經過測試，利用固霧界面反應制備得到的鈣鈦礦太陽電池，光電轉化效率達到16.2%。表明利用我們發明的固霧界面反應方法，可以制備出高性能的太陽能電池器件。測試太陽能電池器件是利用氙燈模擬太