一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池以及制作方法.pdf

本发明涉及太阳能电池以及制作方法。现有的钙钛矿电池，制作工艺对需要高温，限制了电池在柔性衬底的使用，同时效率低，而且钙钛矿电池要使用铅，铅对人体以及环境有很大的危害。本发明提供了一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银，其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜，吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。并提供了锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法。本发明的锡钙钛矿结构的柔性太阳能电池及其制造方式，采用纳米氧化铝做电子传输层，以锡钛矿结构做吸收层，该结构的特点为：电子传输层在150℃下操作即可完成，同时减少了铅的使用。

1.  一种锡钙钛矿结构的柔性太阳能电池，其特征在于：从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银，其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜，吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。

2.  如权利要求1所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，其特征在于：所述阳极为氧化锌。

3.  如权利要求1或2所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，其特征在于：锡钙钛矿结构的电子传输层为氧化铝薄膜，膜厚1.5纳米。

4.  如权利要求3所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，其特征在于：锡钙钛矿结构吸收层厚度为350纳米。

5.  如权利要求1或2所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，其特征在于：银层的厚度为100-120纳米。

6.  如权利要求5所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，其特征在于：银层的厚度为120纳米。

7.  一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法：其特征在于：由以下步骤制作而成，第一步：将导电衬底FTO采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；第二步：在导电衬底上，用原子层沉积技术生长20-30纳米厚的致密的氧化锌做为电极；第三步：在导电衬底上制备氧化铝电子传输层；第四步：在电子传输层上涂锡钙钛溶液；第五步：在手套箱内，将事先配制好的spiro-OMe TAD溶液用甩胶机旋涂到吸收层表面，控制厚度在100nm,80℃ 环境烘干；第六步：在真空度达1x10^-3Pa,通过控制蒸发金属的量，在真空蒸发镀膜仪中，喷涂100-120纳米厚度的银。

8.  如权利要求7所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述第三步的在导电衬底上制备氧化铝电子传输层的方法为：将0.05mol/L-0.15mol/L 1-3纳米的氧化铝乙醇溶液搅拌三十分钟，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在导电玻璃上，膜厚1.5nm,在340-360℃退火25-35分种。

9.  如权利要求7所述的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法，其特征在于：所述第四步在电子传输层上涂锡钙钛溶液的方法为：将锡钙钛矿熔解在二甲基甲酰胺里，搅拌16-18小时，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在经过退火的电子传输层上，再将甩好的锡钛矿吸光层在氮气保护套内，在100℃下，退火40-50分钟。

一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池以及制作方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池以及制作方法。
背景技术
钙钛矿自2009年以来开始被用于太阳能电池，。钙钛矿太阳能电池不仅拥有第一代太阳能电池高转化效率的特点，还有第三代太阳能电池薄膜、柔性化的特点，可用于溶液法卷对卷生产。
   在传统的钙钛矿电池中，氧化钛是重要的电子传输层，然而氧化钛需要四五百度的高温烧结，该温度限制了钙钛矿电池在柔性衬底的使用，用低温制备的电子传输层通常效率要比高温制备的氧化钛薄膜光电转化效率低很多，目前钙钛矿电池要使用铅，铅对人体有很大危害。
发明内容 
1、           所要解决的技术问题：
    现有的钙钛矿电池，制作工艺对需要高温，限制了电池在柔性衬底的使用，同时效率低，而且钙钛矿电池要使用铅，铅对人体以及环境有很大的危害。
2、     技术方案：
为了解决以上问题，本发明提供了一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银，其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜，吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。
所述阳极为氧化锌。
锡钙钛矿结构吸收层厚度为300-500纳米，优选350纳米。
银层的厚度为100-120纳米，优选120纳米。
本发明提供了一种制作锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的方法，包含以下步骤：第一步：将导电衬底FTO采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；第二步：在导电衬底上，用原子层沉积技术生长20-30纳米厚的致密的氧化锌做为电极；第三步：在导电衬底上制备氧化铝电子传输层；第四步：在电子传输层上涂锡钙钛溶液；第五步：在手套箱内，将事先配制好的spiro-OMe TAD溶液用甩胶机旋涂到吸收层表面，控制厚度在100nm,80℃ 环境烘干；第六步：在真空度达1x10^-3Pa,通过控制蒸发金属的量，在真空蒸发镀膜仪中，喷涂100-120纳米厚度的银。
所述第三步的在导电衬底上制备氧化铝电子传输层的方法为：将0.05mol/L-0.15mol/L 1-3纳米的氧化铝乙醇溶液搅拌三十分钟，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在导电玻璃上，膜厚1.5nm,在340-360℃退火25-35分种。
所述第四步在电子传输层上涂锡钙钛溶液的方法为：将锡钙钛矿熔解在二甲基甲酰胺里，搅拌16-18小时，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在经过退火的电子传输层上，再将甩好的锡钛矿吸光层在氮气保护套内，在100℃下，退火40-50分钟。
3、     有益效果：
    本发明的锡钙钛矿结构的柔性太阳能电池及其制造方式，采用氧化铝做电子传输层，以锡钛矿结构做吸收层，该结构的特点为：电子传输层在150℃下操作即可完成，同时减少了铅的使用。
附图说明
图1本发明的锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的结构示意图。
具体实施方式
 如图1所示，一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银，其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜，吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。
所述阳极为氧化锌。
锡钙钛矿结构吸收层厚度为300-500纳米，优选350纳米。
银层的厚度为100-120纳米，优选120纳米。
电子和空穴在氧化铝与锡钙钛矿形成的平面异质结分离，电子进入TiO₂-，空穴进入空穴传输层材料（HTM），由此形成光生电流。
一种环保型锡钙钛矿结构的柔性太阳能电池的制造方法：
在作为第一电极的透明衬底上利用原子沉积制备一层氧化铝作为电子传输层，锡钙钛结构吸光层叠于电子传输层上，空虚传输层层叠于锡钙钛矿结构吸光层之上，对电极层叠于空穴传输层之上，即得到基于纳米氧化铝电子传输层的锡钙钛矿电池，具体步骤如下：第一步：将导电衬底FTO采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；第二步：在导电衬底上，用原子层沉积技术生长20-30纳米厚的致密的氧化锌做为电极；第三步：在导电衬底上制备氧化铝电子传输层；第四步：在电子传输层上涂锡钙钛溶液；第五步：在手套箱内，将事先配制好的spiro-OMe TAD溶液用甩胶机旋涂到吸收层表面，控制厚度在100nm,80℃ 环境烘干；第六步：在真空度达1x10^-3Pa,通过控制蒸发金属的量，在真空蒸发镀膜仪中，喷涂100-120纳米厚度的银。
所述第三步的在导电衬底上制备氧化铝电子传输层的方法为：将0.05mol/L-0.15mol/L 1-3纳米的氧化铝乙醇溶液搅拌三十分钟，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在导电玻璃上，膜厚1.5nm,在340-360℃退火25-35分种。
所述第四步在电子传输层上涂锡钙钛溶液的方法为：将锡钙钛矿熔解在二甲基甲酰胺里，搅拌16-18小时，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在经过退火的电子传输层上，再将甩好的锡钛矿吸光层在氮气保护套内，在100℃下，退火40-50分钟。
实施例1
第一步：将导电衬底FTO采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；
第二步：在导电衬底上，用原子层沉积技术生长20-30纳米厚的致密的氧化锌做为电极；
第三步：在第二步的基础上制备氧化铝电子传输层：
将0.15mol/L 的 2纳米的氧化铝乙醇溶液搅拌三十分钟，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在导电衬底上，膜厚1.5nm,在150℃左右退火三十分钟；
第四步：在电子传输层上涂锡钙钛溶液：
将锡钙钛矿熔解在二甲基甲酰胺里，搅拌18小时，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在经过退火的电子传输层上（膜厚350纳米）,再将甩好的锡钛矿吸光层在氮气保护套内，在100℃下，退火45分钟；
第五步：空穴层的制备：
在手套箱内，采用溶胶凝胶技术将事先配制好的spiro-OMe TAD溶液（溶液浓度为0.05mol/l）用甩胶机旋涂到吸收层表面，控制厚度在100nm,80℃ 环境烘干；
第六步：在真空度达1x10^-3Pa,通过控制蒸发金属的量，在真空蒸发镀膜仪中，喷涂120纳米厚度的银。
由此生产的太阳能电池的转换效率可达到13-14%。
传统电子传输层为氧化钛，氧化钛需在500℃温度下操作，而氧化铝在150℃下即可使用，这样在柔性材料下就可生产，大大增加了它的使用范围。例如：汽车玻璃贴纸，柔性太阳能电池板等。
本发明所生产的电池，可以安装在比如汽车车顶、塑料蔬菜大棚等不能用刚性材料的发电装置上；以及用于幕墙上，利用幕墙发电，供建筑物内用电或取暖。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但它们并不是用来限定本发明的，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神和范围内，自当可作各种变化或润饰，因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求保护范围所界定的为准。