[发明专利]基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，具体是将电子传输材料沉积在FTO或ITO导电玻璃上，形成均匀的介孔薄膜，随后连续旋涂钙钛矿材料的前驱体溶液，形成结晶性优异的钙钛矿层，最后沉积背电极材料，组装成的全无机钙钛矿太阳能电池。本发明中通过优化电子传输材料与钙钛矿层的界面能级结构，提高了电池的光电转换效率以及稳定性，同时具有制备方法简单、无空穴传输层、成本低廉、改进空间大的特点。

技术领域

本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，具体涉及基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是近年来基于固态染料敏化太阳能电池发展而来的一类具有介观结构的新型薄膜太阳能电池。

电池的工作原理为：钙钛矿层吸收光子，处于其价带上的电子跃迁至导带，电子与空穴分别流向电子传输层的导带以及空穴传输层的价带，从而实现电子-空穴对的分离。虽然目前电池的光电转换效率已经达到商业化的基本要求，但仍然存在以下两方面的问题：第一，由于空穴传输材料(如Spiro-OMeTAD)以及传统钙钛矿材料(如MAPbI₃)的使用造成电池的稳定性较差；第二，载流子传输层/钙钛矿层界面间存在的能级势垒造成电池内部载流子复合严重。以上两个问题不利于该类电池的商业化应用，因此，开发一种稳定的制备方法简单的无空穴传输材料的钙钛矿太阳能电池具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供了基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明可以获得成本低、稳定性好、光电转换效率高的全无机钙钛矿太阳能电池，使其可以促进钙钛矿太阳能电池的实用化，加速钙钛矿太阳能电池的产业化进程，具有重要的实用价值和经济价值。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了基于连续旋涂制备的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)、将石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾在冰浴条件下按照质量比1~2：1：5~8溶解在浓硫酸中，搅拌；

(2)、移除冰浴，将所述溶液加热至30~50℃，搅拌后，加入水及双氧水直至气泡消失；

(3)、将所述溶液离心并清洗，混合物再次分散到水中并超声，离心后去除黑色残渣获得均匀悬浮液；

(4)、将悬浮液冷冻干燥，获得蓬松的固态氧化石墨烯；

(5)、配制5~27 mg/mL的氧化石墨烯的二甲基甲酰胺溶液，超声分散，在150~200度下加热8~12小时，抽滤获得氧化石墨烯量子点溶液；

(6)、配制浓度为0.1~1 mol/L的钛酸异丙酯乙醇溶液，配制溶度为0.05~0.1 g/mL的TiO₂浆料，配制浓度为0.01~0.05 mol/L的四氯化钛溶液；

配制浓度为1~2 mol/L溴化铅溶液和浓度为0.05~0.1 mol/L的溴化铯溶液；

(7)、将所述钛酸异丙酯乙醇溶液在FTO或ITO导电玻璃基体上旋涂成薄膜：之后煅烧；

(8)、将所述TiO₂浆料旋涂在步骤(7)中制得的薄膜表面，之后煅烧；

(9)、将步骤(8)制得的薄膜浸泡在步骤(6)中配制的四氯化钛溶液中，在60~80度下加热，之后煅烧制备介孔二氧化钛薄膜；

(10)、将步骤(5)制备的氧化石墨烯量子点溶液旋涂在二氧化钛薄膜表面，获得表面修饰的二氧化钛薄膜；

(11)、将步骤(6)制备的溴化铅溶液旋涂在步骤(10)制备的二氧化钛薄膜表面，然后加热；