[发明专利]一种无铅有机卤化镁钙钛矿电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种无铅有机卤化镁钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术

2009年日本Miyasakad等用CH₃NH₃PbI₃(MAPbI₃)替代染料作为染料敏化电池的光吸收层，获得了3.81%的光电转换效率。经过几年的发展研究，复合钙钛矿太阳能电池效率迅速突破21%，达到甚至超过目前市场上主流的太阳能电池转换效率。尽管钙钛矿太阳能电池发展迅速，但是目前高效的钙钛矿太阳能电池中的铅不仅造成环境污染，更重要的还会对人的神经系统、生殖系统和脑部系统有不可逆的损伤。

发明内容

本发明为了解决现有技术中钙钛矿太阳能电池对环境污染和人类健康危害的问题，提供一种无铅有机卤化镁钙钛矿电池及其制备方法，其采用金属离子Mg来替换现有技术中钙钛矿的铅离子，从而制备出化学性能稳定，覆盖率高的镁基钙钛矿太阳能电池。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种无铅有机卤化镁钙钛矿电池，所述钙钛矿电池结构由下至上分别是FTO导电玻璃、TiO₂致密层、TiO₂多孔层、Mg基钙钛矿吸收层、空穴传输层和银电极。

所述Mg基钙钛矿吸收层的材料为钙钛矿晶体CH₃NH₃MgI_3。

所述空穴传输层的材料为Spiro-OMe TAD。

一种无铅有机卤化镁钙钛矿电池的制备方法，其制备方法包括以下步骤：

（1）在FTO导电玻璃导电侧用胶带盖住不需刻蚀的区域，刻蚀未覆盖的区域，直至刻蚀区域不导电，并去除非刻蚀区域上的胶带，然后分别用丙酮、无水乙醇、蒸馏水超声清洗后烘干；

（2）在清洁干燥的FTO导电玻璃的导电侧面上制备TiO₂致密层；

（3）在步骤（2）制得TiO₂致密层上制备TiO₂多孔层，TiO₂多孔层是由TiO₂与无水乙醇以质量比1:3的比例配置而成的浆料进行热处理得到；

（4）在步骤（3）制得TiO₂多孔层上旋涂质量分数为20-40%的CH₃NH₃MgI₃溶液，其中CH₃NH₃MgI₃溶液的溶剂为由γ-丁内酯与二甲基亚砜以摩尔比1：1的比例配置而成的混合有机溶剂，然后将旋涂上的CH₃NH₃MgI₃溶液经过热处理，得到Mg基钙钛矿吸收层；

（5）在步骤（4）制得Mg基钙钛矿吸收层旋涂空穴传输层；

（6）在步骤（5）制得空穴传输层上和刻蚀区域用热蒸镀法镀上一层银电极，即得到无铅有机卤化镁钙钛矿电池。

所述步骤（1）中，用胶带盖住FTO导电玻璃非刻蚀区域，在刻蚀区散上锌粉，向锌粉上滴稀盐酸，直至刻蚀区不导电。

所述步骤（2）中，用胶带盖住刻蚀区域，将异丙醇钛溶于乙醇制得浓度为0.2mol/L的异丙醇钛溶液，在清洁干燥的FTO导电玻璃导电侧面上旋涂异丙醇钛溶液，去除刻蚀区域上的胶带，然后在450-550℃下热处理制得TiO₂致密层。

所述步骤（3）中，用胶带盖住刻蚀区域，在制备好的TiO₂致密层上旋涂多孔TiO₂浆料，其中多孔TiO₂浆料由TiO₂与无水乙醇按质量比1:3的比例配置而成的浆料，去除刻蚀区域上的胶带，然后在500℃下热处理得到TiO₂多孔层。

所述CH₃NH₃MgI₃溶液为将MgI₂和CH₃NH₃I按摩尔比1:1溶于混合有机溶剂而成，所述混合有机溶剂为γ-丁内酯与二甲基亚砜的摩尔比为1:1的比例配置而成。