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一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法

阅读：1094发布：2020-11-01

IPRDB可以提供一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法，属于新型薄膜太阳能电池领域。该发明电池采用透明导电材料为阳极，银作为阴极，采用光电性能优异的IT基非富勒烯材料为电子传输层材料，以低温金属乙酰丙酮金属螯合物为阴极界面修饰层，采用的器件结构为典型的钙钛矿太阳能电池倒置结构；本发明中电子传输层相比传统的富勒烯电子传输层具有独到的优势，能显著增加光的吸收率，提升电子的提取效率以及更小的回滞因子；整体器件制备温度可以控制在100度以内，其效率可以媲美传统的富勒烯钙钛矿太阳能电池，并且制作方法简单、成本低廉、效果明显，能广泛适用于很多不同类型的平面异质结钙钛矿太阳能电池之中，可以大规模生产应用。，下面是一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池，采用倒置结构，从下至上依次为透明电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、IT基非富勒烯电子传输层、乙烯丙酮类金属螯合物阴极界面层、顶电极；

所述透明电极包含氟掺杂的氧化锡、铟掺杂的氧化锡、聚乙撑二氧噻吩-聚苯乙烯磺酸盐、石墨烯、碳纳米管层、银纳米线、铜纳米线中的一种或两种以上材料；

空穴传输层包括聚[双(4-苯基)(2，4，6-三甲基苯基)胺]，氧化钼，氧化石墨烯，氧化镍，氧化钨，氧化钒，氧化银的一种或两种以上材料；

钙钛矿活性层为钙钛矿型金属卤化物：甲胺碘化铅；甲胺氯碘铅((MAPbI3Cl3-x)；0

3)；铯掺杂甲醚胺碘化铅(FAxCs1-xPbI3；0

所述的IT类非富勒烯电子传输层为3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚)茚满酮)-5,

5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d：2'，3'-d']-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']二噻吩；

(3-(1,1-二氰基甲基)-1-甲基-茚满酮)-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d：20,30-D0]-s苯并二茚并[1,2-B：5,6-B0]二噻吩；

3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚)茚满酮))-5,5,11,11-四(5-hexylthienyl)-二噻吩并[2,3-d：2'，3'-d']-sindaceno[1,2-b：5,6-b']二噻吩，形成的IT类非富勒烯电子传输层厚度为1纳米到80纳米；

所述的阴极界面层为乙酰丙酮金属螯合物，具体包括乙酰丙酮钌，乙酰丙酮钛，乙酰丙酮锆，退火温度为室温下-100℃，时间为10-60分钟；

所述顶电极为银、铝薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池，其特征在于，空穴传输层厚度在5纳米到100纳米之间。

3.根据权利要求1所述的一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池，其特征在于，所述的钙钛矿活性层厚度在100纳米到2微米之间；退火温度控制在80-140℃之间，时间为10-

60分钟。

4.根据权利要求1所述的一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池，其特征在于，所述的IT类非富勒烯电子传输层通过溶液法沉积制备，退火处理温度为60-150℃之间，退火时间为10-60分钟。

5.一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将商业上购买的铟硒氧化物衬底先后在丙酮，ITO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿中，再转入N2气氛下的手套箱中；

步骤2.将步骤1中铟硒氧化物衬底取出，再将聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]采用旋转涂覆工艺在铟硒氧化物衬底上成膜，膜厚约5-40nm，在热台上60-100℃退火处理

10min；

步骤3.将1.2-1.3mol/L的碘化铅：碘甲胺摩尔比1:0.3混合溶液以6Krpm的速度旋涂于步骤2中的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺膜层上，旋涂成膜后，从上至下滴涂40mg/ml的碘甲胺溶液，制成薄膜，再将薄膜置于100℃热台上，退火处理10min得到钙钛矿活性层；

碘化铅：碘甲胺混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺，碘甲胺溶液溶解在异丙醇中；

步骤4.将ITIC氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30nm，在热台上退火

80-100℃退火处理30min；

步骤5.将1mg/ml乙酰丙酮锆采用4000r/s的转速涂于PCBM之上；

步骤6.将步骤5得到的样品移入真空蒸镀仪中，将真空蒸镀仪真空抽至1×10-4～8×-4

10 Pa以下，采用条状的掩膜板以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，制得的电池有效面积为0.0.6cm2。

6.一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将商业购买的氟硒氧化物衬底先后在丙酮，FTO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下手套箱中，备用；

步骤2.将氧化镍纳米晶分散液采用旋转涂覆工艺在铟硒氧化物衬底上成膜，膜厚约

20-40nm，在热台上60-100℃退火处理10min，制成氧化镍膜层；

步骤3.将1.2mol/L的碘化铅溶液以3Krpm的速度旋涂于氧化镍膜层上，旋涂过程成薄膜后，从上至下滴涂60mg/ml的碘甲醚溶液，随后将薄膜置于100-150℃热台上，退火处理

30min得到钙钛矿活性层；

步骤4.将IT-M氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30min，在热台上退火

80-100℃退火处理30min；

步骤5.将0.5mg/ml乙酰丙酮锆旋采用4000r/s的转速涂于[6,6]-苯基C61丁酸甲酯之上。

步骤6.将制备好的样品移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜板以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，制得电池有效面积为0.06cm2。

7.一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将商业购买的氟硒氧化物衬底先后在丙酮，FTO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下手套箱中备用；

步骤2.将五氧化二钒前驱溶液采用旋转涂覆工艺在氟硒氧化物衬底上成膜，膜厚约

10-20nm，膜厚约10-20nm，在热台上150℃退火处理30min；

步骤3.将889mg/ml甲醚碘化铅，33mg/ml甲胺溴化铅以及33mg/ml氯甲胺溶解在N,N-二甲基甲酰胺/二甲基亚砜体积比8:1的混合溶剂中，随后旋涂在V2O5薄膜上；

旋涂过程中采用两步分段旋涂，第一段1000转5秒，第二段5000转20秒，在第二段15秒将100ul氯苯滴涂在钙钛矿薄膜上促进薄膜结晶，随后将薄膜置于100-150℃热台上，退火处理30min得到钙钛矿活性层；

步骤4.将ITIC-Th氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30nm，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

步骤5.将0.5mg/ml乙酰丙酮锆旋采用4000r/s的转速涂于ITIC-Th之上；

步骤6.将制备好的样品移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜版以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，电池有效面积为

0.06cm2。

说明书全文

一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法

技术领域

[0001] 本发明公开了一种高效稳定的非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法。具体涉及一种低温非富勒烯电子传输材料在倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池中的应用，属于新型薄膜太阳能电池领域。

背景技术

[0002] 近年来化石能源不断枯竭，能源成为制约人类社会进步的重要因素，寻找可再生能源从而替代化石能源成为人类迫切解决的问题。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁绿色能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池是解决能源与环境问题、实现低碳经济的最佳途径之一。能将太阳能转换为电能的太阳能电池成为能源领域的热点。

[0003] 传统太阳能电池(硅太阳能电池、碲化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池等)由于昂贵的材料成本、高能耗的制备过程以及易碎、原材料稀缺等劣势限制了其长远的发展应用(Energy Environ.Sci.,2016,9,3007-3035)。所以开发新型的、廉价的、可以实现大规模生产应用的太阳能电池是解决能源危机、推动人类社会发展的迫切需要。

[0004] 新型的薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、易兼容柔性衬底、半透明等突出优点而备受关注，尤其是钙钛矿太阳能电池。自2009年日本科学家Tsutomu Miyasaka等人(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)第一次将有机无机杂化钙钛矿材料引入光伏领域开始，短短几年时间内，PCE从开始的3％左右跃升至现在的20％以上(Science,2016,354,206-209；Nature Communication,2018,9:1625；Nature Energy,2018,3,682–689)，并由希望在将来5-10年内达到28％的高光电转换效率
(J.Phys.Chem.Lett.,2013,4,3623-3630)。

[0005] 传统的正置钙钛矿太阳能电池是基于染料敏化太阳能电池(DSSC)发展而来的，其中包含介孔支架层和致密层，结构复杂并需要高温烧结等过程，这使得器件制造工艺复杂、成本高昂、无法兼容柔性衬底。2013年Jun Yuan Jeng等人(Adv.Mater.2013,25,3727-3732)第一次将倒置平面异质结构引入钙钛矿太阳能电池，这种结构被证实具有更低温度制备的优势，可在100℃左右的温度下制备。

[0006] 同时，这类结构的电池基本没有异常回滞效应的产生。此外，基于这种倒置平面异质结结构还获得了23.4w/g的超高能量比重记录，这样的优异性能让其他竞争对手望而却步。

[0007] 倒置结构平面异质结构钙钛矿太阳能电池结构中常用的电子传输层为富勒烯衍生物(J.Mater.Chem.A,2016,4,8554；Adv.Mater.2014,26,6503-6509；ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,43902-43909)，然而富勒烯容易团聚和结晶造成其成膜性差(Organic Electronics 2015,24,101-105)，对于器件界面稳定性及回滞效应成严重影响(Organic Electronics,2016,30,30-35)。相比富勒烯，非富勒烯受体具有一些独特的优势：

[0008] 1)带隙可调空间大；

[0009] 2)光吸收边可扩展到近红外区；

[0010] 3)能级可调性强；

[0011] 4)可获得高的开路电压；

[0012] 5)分子的平面性和结晶性可调。

[0013] 并且非富勒烯在有机太阳能电池中取得了突破性进展

[0014] (Sci.Bull.,2017,62,1331，J.Am.Chem.Soc.2017,139,7148-7151；Science,2018,361,1094-1098)。现在将非富勒烯应用于倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池还处于空白。如果将非富勒烯应用于倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池之中，将对于提升钙钛矿效率、抑制器件回滞效应及增强器件稳定性起到关键性作用，对于钙钛矿太阳能电池的商业化、改变能源结构及人类可持续发展意义重大。

发明内容

[0015] 本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，在兼容倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池的低温制备、能量比重出众及可兼容柔性等优点，同时为了克服富勒烯成膜性差、光学吸收有限及器件稳定性差的问题，本发明结合非富勒烯相对于富勒烯的众多优势，提供了一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池的制备方法。

[0016] 本发明采用如下技术方案：

[0017] 一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池，采用倒置结构，从下至上依次为透明电极、空穴传输层、钙钛矿活性层、IT基非富勒烯电子传输层、乙烯丙酮类金属螯合物阴极界面层、顶电极；

[0018] 所述透明电极包含氟掺杂的氧化锡(FTO)、铟掺杂的氧化锡(ITO)、聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)、石墨烯、碳纳米管层、银纳米线、铜纳米线中的一种或两种以上材料；

[0019] 空穴传输层包括聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)，氧化钼(MoOx)，氧化石墨烯(graphene oxide)，氧化镍(NiOx)，氧化钨(WO3)，氧化钒(V2O5)，氧化银(AgOx)的一种或两种以上材料，空穴传输层厚度在5纳米到100纳米之间；

[0020] 钙钛矿活性层为钙钛矿型金属卤化物：甲胺碘化铅(MAPbI3)；甲胺氯碘铅(MAPbI3Cl3-x；0100纳米到2微米之间；

[0021] 退火温度控制在80-140℃之间，时间为10-60分钟；

[0022] 所述的IT类非富勒烯电子传输层为ITIC，IT-M，ITIC-Th，形成的非富勒烯电子传输层厚度为1纳米到80纳米；

[0023] ITIC是3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚)茚满酮)-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d：2'，3'-d']-s-indaceno[1,2-b：5,6-b']二噻吩；

[0024] IT-M是(3-(1,1-二氰基甲基)-1-甲基-茚满酮)-5,5,11,11-四(4-己基苯基)-二噻吩并[2,3-d：20,30-D0]-s苯并二茚并[1,2-B：5,6-B0]二噻吩；

[0025] ITIC-Th是3,9-双(2-亚甲基-(3-(1,1-二氰基亚)茚满酮))-5,5,11,11-四(5-hexylthienyl)-二噻吩并[2,3-d：2'，3'-d']-sindaceno[1,2-b：5,6-b']二噻吩；

[0026] 所述的IT类非富勒烯电子传输层通过溶液法沉积制备，退火处理温度为60-150℃之间，退火时间为10-60分钟；

[0027] 所述的阴极界面层为乙酰丙酮金属螯合物，具体包括乙酰丙酮钌，乙酰丙酮钛，乙酰丙酮锆，退火温度为室温-100℃，时间为10-60分钟；

[0028] 所述顶电极为银、铝薄膜。

[0029] 本发明进一步的技术方案是，空穴传输层厚度在5纳米到100纳米之间。

[0030] 本发明进一步的技术方案是，所述的钙钛矿活性层厚度在100纳米到2微米之间；退火温度控制在80-140℃之间，时间为10-60分钟。

[0031] 一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池制备方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤1.将商业上购买的铟硒氧化物衬底(ITO)先后在丙酮，ITO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿中，再转入N2气氛下的手套箱中；

[0033] 步骤2.将步骤1中ITO取出，再将PTAA采用旋转涂覆工艺在ITO上成膜，膜厚约5-40nm，在热台上60-100℃退火处理10min；

[0034] 步骤3.将1.2-1.3mol/L的碘化铅(PbI2):碘甲胺(MAI)摩尔比1:0.3混合溶液以6Krpm的速度旋涂于步骤2中的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)膜层上，旋涂成膜后，从上至下滴涂40mg/ml的MAI溶液，制成薄膜，再将薄膜置于100℃热台上，退火处理
10min得到钙钛矿活性层；

[0035] 步骤4.将ITIC氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30nm，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

[0036] 步骤5.将1mg/ml乙酰丙酮锆采用4000r/s的转速涂于PCBM之上；

[0037] 步骤6.将步骤5得到的样品移入真空蒸镀仪中，将真空蒸镀仪真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜板以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，制得的电池有效面积为0.0.6cm2

[0038] 本发明进一步的技术方案是，步骤3中的碘化铅(PbI2)：碘甲胺(MAI)混合溶液的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，碘甲胺(MAI)溶液溶解在异丙醇中。

[0039] 或者采用如下步骤：

[0040] 步骤1.将商业购买的氟硒氧化物衬底(FTO)先后在丙酮，FTO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下手套箱中，备用；

[0041] 步骤2.将氧化镍(NiOx)纳米晶分散液采用旋转涂覆工艺在铟硒氧化物衬底(FTO)上成膜，膜厚约20-40nm，在热台上60-100℃退火处理10min，制成氧化镍(NiOx)膜层；

[0042] 步骤3.将1.2mol/L的碘化铅(PbI2)溶液以3Krpm的速度旋涂于氧化镍(NiOx)膜层上，旋涂过程成薄膜后，从上至下滴涂60mg/ml的碘甲醚(FAI)溶液，随后将薄膜置于100-150℃热台上，退火处理30min得到钙钛矿活性层；

[0043] 步骤4.将IT-M氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30min，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

[0044] 步骤5.将0.5mg/ml乙酰丙酮锆旋采用4000r/s的转速涂于[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)之上。

[0045] 步骤6.将制备号的器件移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜板以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，制得电池有效面积为0.06cm2。

[0046] 又或者采用如下步骤：

[0047] 步骤1.将商业购买的氟硒氧化物衬底(FTO)先后在丙酮，FTO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下手套箱中备用；

[0048] 步骤2.将五氧化二钒(V2O5)前驱溶液采用旋转涂覆工艺在FTO上成膜，膜厚约10-20nm，膜厚约10-20nm，在热台上150℃退火处理30min；

[0049] 步骤3.将889mg/ml甲醚碘化铅(FAPbI3)，33mg/ml甲胺溴化铅(MAPbBr3)以及33mg/ml氯甲胺(MACl)溶解在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)/二甲基亚砜(DMSO)体积比8:1的混合溶剂中，随后旋涂在V2O5薄膜上；

[0050] 旋涂过程中采用两步分段旋涂，第一段1000转5秒，第二段5000r20s，在第二段15秒将100ul氯苯滴涂在钙钛矿薄膜上促进薄膜结晶，随后将薄膜置于100-150℃热台上，退火处理30min得到钙钛矿活性层；

[0051] 步骤4.将ITIC-Th氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30nm，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

[0052] 步骤5.将0.5mg/ml乙酰丙酮锆旋采用4000r/s的转速涂于TIIC-Th之上；

[0053] 步骤6.将制备好的样品移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜版以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，电池有效面积为0.06cm2。

[0054] 本发明的有益效果：

[0055] 本发明以采用光电性能优异的IT基非富勒烯材料为电子传输层材料，以低温金属乙酰丙酮螯合物为阴极界面修饰层材料，采用的器件结构为典型的钙钛矿太阳能电池倒置结构。

[0056] 本发明能明显提示器件对500-750nm太阳光的吸收效率；增强电子界面提取效率达60％。能显著降低器件的方向饱和电流，提升器件开路电压。器件回滞现象得到明显抑制，回滞因子从3.37降低到1.5左右。

附图说明

[0057] 图1为实施例1采用钙钛矿太阳能电池器件的结构；

[0058] 图2(a)为PCBM涂覆在钙钛矿活性层的原子力显微形貌；

[0059] 图2(b)为ITIC涂覆在钙钛矿活性层上的原子力显微形貌；

[0060] 图3为模拟太阳光源AM1.5G，光强100mW/cm2，光照下结构为ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/ZrAcac/Ag器件及ITO/PTAA/MAPbI3/ITIC/ZrAcac/Ag器件的IV曲线图。

具体实施方式

[0061] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0062] 本发明的原理和优势

[0063] 本发明成功避免了富勒烯的球形分子容易团聚的弊端。利用非富勒烯聚合物成膜性的优点，增强电子传输层在钙钛矿上的成膜性能，获得了无针孔，全覆盖的阴极界面，增强阴极界面接触。同时利用非富勒烯相对于富勒烯宽泛的吸收带宽，提升器件对于光的吸收利用效率，从而提升器件短路电流。利用金属螯合物的光电性能，进一步加强金属电极与非富勒烯之间界面接触以及提升电子提取能力。

[0064] 为了说明非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池的优势，根据传统的富勒烯钙钛矿太阳能电池的常规制备方法制备参考器件，具体实施步骤如下：

[0065] 步骤1.将商业购买的ITO先后在丙酮，ITO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再一起转入手套箱(N2气氛下)中备用；

[0066] 步骤2.将步骤1中的ITO取出，将PTAA采用旋转涂覆工艺在ITO上成膜，膜厚约5-20nm，在热台上60-100℃退火热处理10min；

[0067] 步骤3.将1.2-1.3mol/L的PbI2:MAI混合溶液以5-6Krpm的速度旋涂于步骤2中的PTAA膜层上，旋涂过程成膜后，从上至下滴涂30-50mg/ml的MAI溶液，形成薄膜。随后将薄膜置于100℃热台上，退火处理10min，形成钙钛矿活性层。其中PbI2:MAI混合溶液的溶剂为DMF，MAI溶液溶解在异丙醇中。

[0068] 步骤4.将10-30mg/ml的PCBM氯苯溶液旋涂在步骤3中的钙钛矿活性层之上，厚度约为30-40nm，在热台上退火80-100℃退火处理30min。

[0069] 步骤5.将1mg/ml乙烯丙酮锆旋采用4000转每秒的转速涂于步骤4中的PCBM之上，形成器件。

[0070] 步骤6.将制备好的步骤5中器件移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜版以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的Ag等良导电金属，电池面积为0.04cm2。

[0071] 实施例1

[0072] 本发明提出的一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池的制备方法的具体实施例，其具体步骤如下：

[0073] 步骤1.将商业上购买的ITO先后在丙酮，ITO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下的手套箱中备用；

[0074] 步骤2.将步骤1中ITO取出，再将PTAA采用旋转涂覆工艺在ITO上成膜，膜厚约5-40nm，在热台上60-100℃退火处理10min；

[0075] 步骤3.将1.2-1.3mol/L的PbI2:MAI(摩尔比1:0.3)混合溶液以6Krpm的速度旋涂于步骤2中的PTAA膜层上，旋涂成膜后，从上至下滴涂40mg/ml的MAI溶液，制成薄膜，再将薄膜置于100℃热台上，退火处理10min得到钙钛矿活性层；

[0076] 步骤4.将ITIC氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30nm，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

[0077] 步骤5.将1mg/ml乙酰丙酮锆采用4000r/s的转速涂于PCBM之上；

[0078] 步骤6.将制备好的样品移入真空蒸镀仪中，将真空蒸镀仪真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜板以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，制得的电池有效面积为0.0.6cm2。

[0079] 本发明进一步的技术方案是，步骤3中的PbI2:MAI混合溶液的溶剂为DMF，MAI溶液溶解在异丙醇中。

[0080] 本实施例所制备高效稳定的非富勒烯钙钛矿太阳能电池的结构及性能体现分别在图1-3中。

[0081] 下面结合图1-3详细说明：图1为实施例1采用钙钛矿太阳能电池器件的结构，1为ITO透明导电层，2为PTAA空穴传输层，3为MAPbI3活性层，4为非富勒烯电子传输层，5为乙烯丙酮锆阴极修饰层，6为Ag薄膜电极。

[0082] 图2(a)是PCBM涂覆在钙钛矿活性层的原子力显微形貌；图2(b)为ITIC涂覆在钙钛矿活性层上的原子力显微形貌。从图2(a)-图2(b)可以看出ITIC薄膜可以清晰的看到钙钛矿晶粒的形貌特征，说明ITIC和钙钛矿之间具有良好的贴合度和优越的成膜性能。PCBM涂覆在钙钛矿上可以看出存在团聚现象，成膜性受到限制。

[0083] 图3为模拟太阳光源AM1.5G，光强100mW/cm2，光照下结构为ITO/PTAA/MAPbI3/PCBM/ZrAcac/Ag器件及ITO/PTAA/MAPbI3/ITIC/ZrAcac/Ag器件的I-V曲线。具体性能参数表如下表1所示。

[0084] 表1对比器件和ITIC为电子传输层器件的性能对比

[0085]

[0086] 从图3及表1可以看出，器件反向饱和电流得到抑制，开路电压相应得到提升。同时瞬态荧光及J-V的正反扫测试，器件的回滞得到明显抑制，回滞因子从3.37降低到1.87；同时相比富勒烯，非富勒烯与钙钛矿界面荧光寿命更短，说明载流子被有效的提取。

[0087] 实施例2

[0088] 本发明提出的一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池的制备方法的具体实例，其具体步骤如下：

[0089] 步骤1.将商业购买的FTO先后在丙酮，FTO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下手套箱中，备用；

[0090] 步骤2.将NiOx纳米晶分散液采用旋转涂覆工艺在FTO上成膜，膜厚约20-40nm，在热台上60-100℃退火处理10min，制成NiOx膜层；

[0091] 步骤3.将1.2mol/L的PbI2混合溶液以3Krpm的速度旋涂于NiOx膜层上，旋涂过程成薄膜后，从上至下滴涂60mg/ml的FAI溶液，随后将薄膜置于100-150℃热台上，退火处理30min得到钙钛矿活性层；

[0092] 步骤4.将IT-M氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30min，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

[0093] 步骤5.将0.5mg/ml乙酰丙酮锆旋采用4000r/s的转速涂于IT-M之上。

[0094] 步骤6.将制备号的器件移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜板以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，制得电池有效面积为0.06cm2。

[0095] 实施例3

[0096] 本发明提出的一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池的制备方法的具体实例，其具体步骤如下：

[0097] 步骤1.将商业购买的FTO先后在丙酮，FTO清洗剂，去离子水，异丙醇中超声清洗，清洗后用氮气吹干，臭氧处理10-30min后放入培养皿，再转入N2气氛下手套箱中备用；

[0098] 步骤2.将V2O5前驱溶液采用旋转涂覆工艺在FTO上成膜，膜厚约10-20nm，膜厚约10-20nm，在热台上150℃退火处理30min；

[0099] 步骤3.将889mg/ml FAPbI3，33mg/ml MAPbBr3以及33mg/ml MACl溶解在DMF/DMSO(8:1v/v)的混合溶剂中，随后旋涂在V2O5薄膜上；

[0100] 旋涂过程中采用两步分段旋涂，第一段1000r5s，第二段5000r20s，在第二段15秒将100ul氯苯滴涂在钙钛矿薄膜上促进薄膜结晶，随后将薄膜置于100-150℃热台上，退火处理30min得到钙钛矿活性层；

[0101] 步骤4.将ITIC-Th氯苯溶液旋涂在钙钛矿活性层之上，厚度约为10-30nm，在热台上退火80-100℃退火处理30min；

[0102] 步骤5.将0.5mg/ml乙酰丙酮锆旋采用4000r/s的转速涂于ITIC-Th之上；

[0103] 步骤6.将制备好的样品移入真空蒸镀仪中，将真空抽至1×10-4～8×10-4Pa以下，采用条状的掩膜版以0.1-0.6nm/s的速度蒸镀100nm厚的条形Ag等良导电金属，电池有效面积为0.06cm2。

[0104] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
异质结太阳能电池-专利编号CN106057916B	2020-05-13	256
异质结太阳能电池-专利编号CN110797428A	2020-05-11	242
异质结太阳能电池-专利编号CN104638048B	2020-05-12	494
一种异质结太阳能电池-专利编号CN106505109B	2020-05-11	792
异质结太阳能电池-专利编号CN106057916A	2020-05-12	1094
硅异质结太阳能电池-专利编号CN105324855B	2020-05-13	840
一种异质结太阳能电池-专利编号CN106505109A	2020-05-12	880
硅异质结太阳能电池-专利编号CN105324855A	2020-05-13	578
异质结太阳能电池-专利编号CN104638048A	2020-05-11	243
异质结太阳能电池-专利编号CN208655672U	2020-05-14	325

一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法

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