[发明专利]以氮掺杂碳点为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及基于氮掺杂碳点的电子传输层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池，尤其涉及一种以氮掺杂碳点为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及基于氮掺杂碳点的电子传输层的制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

在资源不断匮乏的现实环境下，太阳能作为一种可再生的能源引起了人们的广泛关注。而基于有机/无机复合钙钛矿材料(CH₃NH₃PbX₃，其中X＝Cl、I、Br)的新型太阳能电池以其独特的优势得到了极大的发展和广泛的研究，并且其商业化指日可待。

然而，目前钙钛矿太阳电池中的电子传输层一般为TiO₂致密层，TiO₂致密层的制备工艺复杂，制备试剂有毒。并且，目前钙钛矿太阳能电池的稳定性(热稳定性和湿度稳定性)较差，这些因素限制了钙钛矿太阳电池的发展。所以，急需一种新型的电子传输层材料来应用于制备钙钛矿太阳能电池。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种以氮掺杂碳点为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，氮掺杂碳点性质稳定、具有较好的电子传输性能，并且在保证一定转化率的情况下大大提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性；进一步地，本发明提供一种基于氮掺杂碳点的电子传输层的制备方法，采用水热法制备氮掺杂碳点，制备工艺简单可控，操作过程毒性较小，能耗低，生产成本低。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

以氮掺杂碳点为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，从下至上依次包括导电基体、电子传输层、介孔层、钙钛矿层、空穴导电层和金属电极；所述电子传输层的材料为氮掺杂碳点。

所述介孔层的材料为二氧化钛纳米管，所述二氧化钛纳米管的管径为100～150nm，长度为10～13μm。

所述导电基体包括FTO导电玻璃。

所述电子传输层的厚度为30～100nm。

所述钙钛矿层的材料包括CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbCl_XI_3-X或CH₃NH₃PbBr₃；其中0≦X≦3。

所述空穴导电层的材料包括Spiro-OMeTAD，所述空穴导电层的厚度为50～160nm。

所述金属电极的材料包括金或银，所述金属电极的厚度为50～120nm。

基于氮掺杂碳点的电子传输层的制备方法，包括以下步骤：将一定质量比的浓盐酸、葡萄糖和去离子水混合，在80～100℃的温度下回流7～10h，透析处理后得碳点；将一定体积比的上述碳点和浓氨水的混合液转移到反应釜中，加热到120～160℃，保温10～12h，得到氮掺杂碳点。

所述浓盐酸、葡萄糖和去离子水的质量比为1：(1～4)：(3～8)；所述碳点和浓氨水的体积比为(2～5)：1。

所述反应釜包括聚四氟乙烯反应釜。

以氮掺杂碳点为电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

S01，导电基体的前处理，采用去离子水、丙酮、乙醇分别超声清洗30min，用氮气吹干，并用UVO处理30min；

S02，将一定质量比的浓盐酸、葡萄糖和去离子水混合，在80～100℃的温度下回流7～10h，透析处理后得碳点；将一定体积比的上述碳点和浓氨水的混合液转移到反应釜中，加热到120～160℃，保温10～12h，得到氮掺杂碳点；

S03，将经过S01处理的导电基体旋涂一层经过S02得到的氮掺杂碳点；

S04，将经过S03得到的含有氮掺杂碳点的导电基体旋涂一层二氧化钛纳米管层；

S05，将经过S04得到的氮掺杂碳点和二氧化钛纳米管层清洗后，放入平板加热台中450℃退火处理50min，然后随炉冷却；

S06，使用钙钛矿旋涂液在S05制得的样品上旋涂一层钙钛矿层，匀胶后上进行退火处理；

S07，在上述钙钛矿层上旋涂一层空穴导电层；

S08，在上述空穴导电层上蒸镀一层金属电极。

本发明提供的一种以氮掺杂碳点为电子传输层的钙钛矿太阳能电池及基于氮掺杂碳点的电子传输层的制备方法，氮掺杂碳点制备工艺简单可控，操作过程毒性较小，生产成本低。氮掺杂碳点性质稳定且具有较好的电子传输性质，并且在保证一定转化率的情况下大大提高了钙钛矿太阳电池能电池的稳定性。

附图说明