[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池的结构、制备方法以及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池的结构、制备方法以及应用，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池的结构、制备方法以及应用。

背景技术

随着化石燃料日益枯竭，能源问题成为人们越来越关注的问题。太阳能作为一种可再生能源，并且是一种清洁能源，受到人们的青睐。目前，太阳能电池是应用最为广泛的一种利用太阳能的形式。近年来，钙钛矿太阳能电池异军突起，成为太阳能电池家族最受关注的新星。钙钛矿太阳能电池的光电转换效率不断刷新纪录，目前最高的转化效率已经可以到22％左右。钙钛矿太阳能电池能够采用溶液法制备，适合低成本、大面积的制备工艺，并且能够制备于柔性衬底上，得到可弯曲的太阳能电池。

虽然钙钛矿电池展现了惊人的效率，并且可以预见其光电转化效率仍然有望进一步提升，科学家近来发现，钙钛矿太阳能电池的转化效率或可以达到50％，但是由于钙钛矿太阳能电池的活性层含有毒性强的铅成分(如图1所示)，对日后应用钙钛矿太阳能电池产生了环保方面的挑战，如何降低钙钛矿活性层的毒性，成为钙钛矿太阳能电池的一个发展方向。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，其具有低毒性、宽吸收光谱。

所述钙钛矿太阳能电池的器件结构自下而上包括衬底、阳极、阳极修饰层、活性层、阴极修饰层、阴极。

所述衬底为玻璃，所述阳极为ITO，所述阳极修饰层为PEDOT：PSS，所述阴极修饰层为两层，自下而上为PCBM、BCP，所述阴极为银。

所述钙钛矿太阳能电池的活性层采用无毒的锡元素替代部分铅元素，得到一种低毒性的钙钛矿太阳能电池。

所述低毒性的钙钛矿太阳能电池的活性层为FAPbI3和FASnI3。

所述低毒性的钙钛矿太阳能电池还具有宽吸收光谱。

本发明提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)清洗衬底；

2)旋涂PEDOT：PSS；

3)用一步法旋涂钙钛矿活性层，得到钙钛矿层为(FAPbI3)0.75(FASnI3)0.25；

4)旋涂PCBM；

5)蒸镀BCP；

6)蒸镀银。

本发明还提供了一种基于上述钙钛矿太阳能电池的光探测器。

本发明采用锡替代钙钛矿活性层中的部分铅，得到(FAPbI3)0.75(FASnI3)0.25的钙钛矿层，使得钙钛矿太阳能电池的毒性显著降低，有利于未来的环境友好型的产业需求。另一方面，(FAPbI3)0.75(FASnI3)0.25的吸收光谱相对于纯的FAPbI3更宽，使得含有(FAPbI3)0.75(FASnI3)0.25的电池的外量子效率得到显著提高，增大了钙钛矿太阳能电池的光电流，有利于太阳能电池保持高的光电转换效率，另一方面，也使该钙钛矿太阳能电池有利于制备光响应更强的光探测器。

附图说明

图1是传统的钙钛矿太阳能电池的器件结构。

图2是本发明实施例的钙钛矿太阳能电池的器件结构。

图3是本发明实施例的钙钛矿太阳能电池的外量子效率测试曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的阐释。

1、首先清洗衬底6：使用玻璃洗涤剂对ITO玻璃衬底进行初步清洁，在去离子水、丙酮、异丙醇中对衬底各超声10分钟，然后用氮气吹干，在紫外臭氧清洗机中处理15分钟；

2、旋涂阳极修饰层5：将PEDOT：PSS溶液进行旋涂，匀胶机转速3000rpm，时间为30秒，然后140℃热退火10分钟；

3、旋涂活性层4：FAPbI3、FASnI3的溶剂都使用DMSO，FAPbI3溶液与FASnI3溶液以3∶1体积比混合，然后采用一步法旋涂混合溶液，转速为2000rpm，时间为60s，然后立刻使用氯苯萃取，转速5000rpm，时间为30s，再以100℃热退火30min，得到(FAPbI₃)0.75(FASnI₃)0.25的活性层，其中Pb和Sn的摩尔比例为3∶1；

4、旋涂阴极修饰层3：PCBM溶液浓度为20mg/ml，溶剂为氯苯，转速为3000rpm，时间为30s；

5、制备阴极修饰层2：蒸镀BCP粉末，速度为0.01nm/s，厚度为5nm；

6、制备阴极1：蒸镀银，速度为0.1nm/s，厚度为80nm。