一种Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池
专利汇可以提供一种Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种以Cs掺杂ZnO为 电子 传输层的杂化 太阳能 电池 ，由透明导电玻璃衬底、Cs掺杂ZnO 纳米棒 电子传输层、层状类 钙 钛 矿杂化材料CH3NH3PbX3（式中X为Cl、Br或I）、2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲 氧 基苯基） 氨 基]-9,9'-螺二芴空穴传输层和Au金属背 电极 层组成并依次构成叠层结构。本 发明 的优点和积极效果是：在杂化 太阳能电池 中采用Cs掺杂ZnO为电子传输层与氧化锌相比，电子传输能 力 提高2-3个数量级，电子-空穴的复合得到了有效的抑制，光电转换效率较高；其制备方法工艺简单、反应 温度 低、效率高、原材料丰富、成本低且绿色无污染，适于工业化大规模生产。，下面是一种Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池专利的具体信息内容。
1.一种以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，其特征在于：由透明导电玻璃衬底、电子传输层、层状类钙钛矿杂化材料、空穴传输层和Au金属背电极层组成并依次构成叠层结构。
2.根据权利要求1所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，其特征在于：
所述透明导电玻璃衬底是以铟锡氧化物、掺杂氟的SnO2或掺Al的氧化锌为导电层的导电玻璃。
3.根据权利要求1所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，其特征在于：
所述电子传输层为Cs掺杂ZnO纳米棒，掺杂浓度在0.1-2.0 mol%，控制掺杂浓度可改变ZnO的导电性，电子传输层厚度为100-200nm。
4.根据权利要求1所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，其特征在于：
所述层状类钙钛矿杂化材料为CH3NH3PbX3，式中X为Cl、Br或I；层状类钙钛矿杂化材料CH3NH3PbX3的厚度为100-1000nm。
5.根据权利要求1所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，其特征在于：
所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9'-螺二芴，空穴传输层的厚度为40-60nm。
6.根据权利要求1所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，其特征在于：
所述Au金属背电极层的厚度为70nm。
7.一种如权利要求1所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将FTO玻璃衬底切割成所需的20mm×20mm，用洗洁精和去离子水洗涤15分钟，以便去除油脂和有机物，然后依次用丙酮、异丙醇、去离子水超声洗涤15 分钟，最后将将衬底放入烘箱烘干待用；
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2）将二水合乙酸锌和乙二醇甲醚混合，然后滴加乙醇胺作为稳定剂，配制Zn 浓度为
0.2mol/L的ZnO种子层溶液；将锥形瓶用保鲜膜密封，放置磁力搅拌器上，搅拌30分钟，然后将充分搅拌的ZnO种子层溶液放入电热鼓风干燥箱中进行熟化，熟化温度60℃，熟化时间为2小时；将熟化后的种子层溶液放置降至室温，在衬底上进行旋涂成膜，旋涂一次后，将衬底放置300℃马弗炉中退火，10分钟后取出置于空气中冷却，再进行第二次旋涂种子层，然后将衬底放置在500℃马弗炉中退火，时间为1小时，最后分别使用去离子水和无水乙醇超声清洗退火后带有ZnO种子层的衬底15分钟，以去除表面多余的离子，烘干后制得ZnO种子层；
3）将无水乙酸锌和乙酸铯溶解在水中，加入美国杜邦出产的表面活性剂 zonyl FS-300，磁力搅拌30分钟，制得生长液；将带有种子层的玻璃衬底倾斜放置四氟反应釜内胆里，生长面朝下，加入配制好的生长液，生长ZnO纳米棒，生长温度为80℃，生长时间2小时，反应结束后，用去离子水清洗并置于140℃马弗炉中退火30min，制得Cs掺杂ZnO纳米棒作为电子传输层；
4）室温下在手套箱中将CH3NH3I和PbI2溶解在γ-丁内酯溶剂中得到混合液，然后利用匀胶机将混合液旋涂在电子传输层上，在100℃下热处理15min以除去残余的溶剂，制得层状类钙钛矿杂化材料为CH3NH3PbI3；
5）将浓度为0.06M 的2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9'-螺二芴溶解在氯苯溶液中，通过溶液旋涂的方法旋涂在层状类钙钛矿杂化材料CH3NH3PbI3 上，制得空穴传输层；
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6）在3×10 Pa真空条件下采用热蒸镀法蒸镀70nm Au背电极，制得杂化太阳能电池。
8.根据权利要求7所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述二水合乙酸锌、乙二醇甲醚与乙醇胺的用量比为0.878g：20mL：120 uL。
9.根据权利要求7所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述无水乙酸锌和乙酸铯的质量比为100 ：1；无水乙酸锌与水的用量比为
0.5g：5mL；表面活性剂与无水乙酸锌的质量比为0.015：0.5。
10.根据权利要求7所述以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池的制备方法，其特征在于：所述混合液中CH3NH3I与PbI2的摩尔比为1:1，CH3NH3I与PbI2的总量在混合液的浓度为15wt%。
一种Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池
技术领域
背景技术
20%。作为一种全固态的染料敏化太阳能电池，其独特的光电特性正引起学术界和工业界的广泛关注。
发明内容
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2）将二水合乙酸锌和乙二醇甲醚混合，然后滴加乙醇胺作为稳定剂，配制Zn 浓度为
0.2mol/L的ZnO种子层溶液；将锥形瓶用保鲜膜密封，放置磁力搅拌器上，搅拌30分钟，然后将充分搅拌的ZnO种子层溶液放入电热鼓风干燥箱中进行熟化，熟化温度60℃，熟化时间为2小时；将熟化后的种子层溶液放置降至室温，在衬底上进行旋涂成膜，旋涂一次后，将衬底放置300℃马弗炉中退火，10分钟后取出置于空气中冷却，再进行第二次旋涂种子层，然后将衬底放置在500℃马弗炉中退火，时间为1小时，最后分别使用去离子水和无水乙醇超声清洗退火后带有ZnO种子层的衬底15分钟，以去除表面多余的离子，烘干后制得ZnO种子层；
3）将无水乙酸锌和乙酸铯溶解在水中，加入美国杜邦出产的表面活性剂 zonyl FS-300，磁力搅拌30分钟，制得生长液；将带有种子层的玻璃衬底倾斜放置四氟反应釜内胆里，生长面朝下，加入配制好的生长液，生长ZnO纳米棒，生长温度为80℃，生长时间2小时，反应结束后，用去离子水清洗并置于140℃马弗炉中退火30min，制得Cs掺杂ZnO纳米棒作为电子传输层；
4）室温下在手套箱中将CH3NH3I和PbI2溶解在γ-丁内酯溶剂中得到混合液，然后利用匀胶机将混合液旋涂在电子传输层上，在100℃下热处理15min以除去残余的溶剂，制得层状类钙钛矿杂化材料为CH3NH3PbI3；
5）将浓度为0.06M 的2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9'-螺二芴（spiro-MeOTAD）溶解在氯苯溶液中，通过溶液旋涂的方法旋涂在层状类钙钛矿杂化材料CH3NH3PbI3 上，制得空穴传输层；
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6）在3×10 Pa真空条件下采用热蒸镀法蒸镀70nm Au背电极，制得杂化太阳能电池。
2-3个数量级，电子-空穴的复合得到了有效的抑制，光电转换效率较高；其制备方法工艺简单、反应温度低、效率高、原材料丰富、成本低且绿色无污染，适于工业化大规模生产。
一种以Cs掺杂ZnO为电子传输层的杂化太阳能电池，如图1所示，由透明导电玻璃衬底、电子传输层、层状类钙钛矿杂化材料、空穴传输层和Au金属背电极层组成并依次构成叠层结构，所述透明导电玻璃衬底是以掺杂氟的SnO2（FTO）为导电层的导电玻璃；电子传输层为Cs掺杂ZnO纳米棒，掺杂浓度在1.0 mol%，控制掺杂浓度可改变ZnO的导电性，电子传输层厚度为100nm；层状类钙钛矿杂化材料为CH3NH3PbI3，厚度为600nm；空穴传输层为2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9'-螺二芴（spiro-MeOTAD），厚度为
40nm；Au金属背电极层的厚度为70nm。
2）在锥形瓶中倒入20mL乙二醇甲醚，称取0.878g二水乙酸锌和20ml乙二醇甲醚混
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合，然后滴加120微升乙醇胺作为稳定剂，配制Zn 浓度为0.2mol/L的ZnO种子层溶液；将锥形瓶用保鲜膜密封，放置磁力搅拌器上，搅拌30分钟，然后将充分搅拌的ZnO种子层溶液放入电热鼓风干燥箱中进行熟化，熟化温度60℃，熟化时间为2小时；将熟化后的种子层溶液放置降至室温，在衬底上进行旋涂成膜，旋涂一次后，将衬底放置300℃马弗炉中退火，10分钟后取出置于空气中冷却，再进行第二次旋涂种子层，然后将衬底放置在500℃马弗炉中退火，时间为1小时，最后分别使用去离子水和无水乙醇超声清洗退火后带有ZnO种子层的衬底15分钟，以去除表面多余的离子，烘干后制得ZnO种子层；
3）称取0.5g无水乙酸锌、0.005g乙酸铯溶解在5mL水中，加入0.015g表面活性剂 zonyl FS-300（美国杜邦），磁力搅拌30分钟，制得生长液；将带有种子层的玻璃衬底倾斜放置四氟反应釜内胆里，生长面朝下，加入配制好的生长液，生长ZnO纳米棒，生长温度为
80℃，生长时间2小时，反应结束后，用去离子水清洗并置于140℃马弗炉中退火30mi时，制得Cs掺杂ZnO纳米棒作为电子传输层；采用四探针测定其方口电阻为9kΩ/口，导电率-3 -6
3×10 S/cm;而未掺杂的ZnO的方口电阻为400MΩ/口, 导电率5×10 S/cm；
4）室温下在手套箱中将的0.8g (5毫摩尔) CH3NH3I和2.3g （5毫摩尔）PbI2溶解在
15.8mLγ-丁内酯溶剂中配制成浓度为15 wt%的混合液，然后利用匀胶机将混合液旋涂在电子传输层上，在100℃下热处理15min以除去残余的溶剂，制得层状类钙钛矿杂化材料为CH3NH3PbI3；
5）将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9'-螺二 芴（spiro-MeOTAD）溶解在1mL氯苯溶液中，通过溶液旋涂的方法旋涂在层状类钙钛矿杂化材料CH3NH3PbI3 上，制得空穴传输层；
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6）在3×10 Pa真空条件下采用热蒸镀法蒸镀70nm Au背电极，制得杂化太阳能电池。
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