[发明专利]一种有机/无机钙钛矿电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏电池，特别是涉及石墨烯量子点掺杂的有机/无机钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术

近几年来，钙钛矿型太阳能电池发展迅猛，其光电转换效率已超过20%，这样的发展速度在太阳能电池领域前所未有，科研工作者一直在寻求获得更高的效率的方法；目前，一些研究组已经在钙钛矿材料中掺杂添加剂对其改性以提高效率，如在钙钛矿前驱体溶液中掺杂氯化铵，氯化铵的加入，提高了钙钛矿层的结晶度同样改进了表面形貌，从而提高了钙钛矿电池的整体性能，结果表明：氯化铵添加剂的加入，其平均电流密度从12.78mA cm^-2提升至14.08mA cm^-2，平均的填充因子从0.69提高至0.80，电池的整体效率也从7.97%提高至9.73%，相比未掺杂的钙钛矿电池，特别是在填充因子部分，改善的效果十分明显，因此，对于钙钛矿前驱体溶液掺杂添加剂以改善综合性能，仍然值得研究。

针对钙钛矿CH₃NH₃PbI₃前驱体溶液可进行掺杂添加剂以提高效率的认知，本发明从研究钙钛矿对光线的吸收性能入手，提出一种掺杂新的添加剂，即石墨烯量子点（GQDs），能够将钙钛矿CH₃NH₃PbI₃不能吸收的远紫外短波长区域的光转化为能被其吸收的可见光，从而提高电池的电流密度和整体效率；同时利用石墨烯量子点优异的电传输性能，提高光生载流子的扩散速率和扩散长度，提升光伏特性。。

发明内容

针对背景技术中提出的在钙钛矿CH₃NH₃PbI₃添加添加剂的方法，本发明提出在钙钛矿CH₃NH₃PbI₃中添加石墨烯量子点，首先是在掺杂氟的SnO₂(FTO) 导电玻璃上先沉积一层氧化钛或氧化锌n 型致密层，然后再沉积一层添加有石墨烯量子点（GQDs）的杂化钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃，接着沉积p 型层spiro-OMeTAD，最后沉积金属电极层。

其中，氧化锌（ZnO）或氧化钛（TiO₂）层利用原子层沉积（ALD）方法制备，该方法可以制备出非常致密的氧化物，并且膜厚可以准确控制。

掺杂石墨烯量子点的钙钛矿结构的CH₃NH₃PbI₃ 可以通过溶液法旋涂沉积；p 型层spiro-OMeTAD可以通过旋涂法沉积；金属电极可以通过热蒸发或溅射方法制备，其特点在于石墨烯量子点的荧光量子效应可以将远紫外短波长区域的光转化为长波长的可见光，从而被钙钛矿CH₃NH₃PbI₃吸收，提高电池的电流密度和整体效率。

一种钙钛矿结构太阳能电池，所述太阳能电池从下至上依次为FTO 导电玻璃层、n型致密层、杂化钙钛矿结构的CH₃NH₃PbI₃层、p型层和金属电极，其特征在于；所述杂化钙钛矿结构的CH₃NH₃PbI₃ 层掺杂有石墨烯量子点。

所述的FTO 导电玻璃层的方块电阻是10-15Ω，透过率在75-83%。

所述的n 型致密层为氧化钛或氧化锌层，层厚为5-15nm。

所述的掺杂石墨烯量子点的杂化钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃ 层的层厚为300-500nm。

所述的P 型层为spiro-OMeTAD，层厚为100nm。

所述的金属电极为Ag 电极，层厚为120-150nm。

一种钙钛矿结构电池的制备方法，包括在FTO 导电玻璃上先沉积n 型致密层的步骤，然后再在致密层上制备一层钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃的步骤，继续在杂化钙钛矿结构CH₃NH₃PbI₃层上沉积p型层的步骤，最后在p型层上沉积金属电极层的步骤；其特征在于所述的再在致密层上制备一层钙钛矿结构CH₃NH₃