基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
专利汇可以提供基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 半导体 光 电子 器件领域，具体为一种基于纳米草状介孔层的 钙 钛 矿 太阳能 电池 及其制备方法。本发明 太阳能电池 的结构包括透明衬底、第一 电极 层、功能层、第二电极层；功能层包括电子传输层、 钙钛矿 光吸收层和空穴传输层。本发明制备方法如下：采用液相沉积法在透明导电玻璃衬底的垂直方向上生长出片状单晶纳米草结构的金属 氧 化物，作为太阳能电池的电子或空穴传输层材料；片状单晶纳米草状金属氧化物的表面由 原子 结构组成，其 化学能 高，能够促进传输层与钙钛矿的表面配位、形成最佳的界面耦合，从而为 激子 解离、载流子注入和输运提供大面积界面和高能位，改善载流子界面动 力 学过程，提高 钙钛矿太阳能电池 的光电转换效率。，下面是基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，其器件结构由下至上依次为：透明衬底、第一电极层、功能层、第二电极层；其中：
所述第一电极层位于透明衬底之上，其材质为透明的金属氧化物；
所述功能层位于第一电极层之上，功能层由下至上依次为电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层，或者为空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层；
所述第二电极层位于功能层上方，其材质为金属。
2.根据权利要求1所述的基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极层采用透明金属氧化物ITO或FTO。
3.根据权利要求1或2所述的基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：
所述空穴传输层材料选自2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氧化镍和3-己基噻吩聚合物，厚度为20-500 nm；
所述电子传输层材料选自二氧化钛、二氧化锡、氧化锌、富勒烯衍生物和富勒烯，厚度为20-500nm；
所述钙钛矿光吸收层材料选自(FAPbI3)1−x(MAPbBr3)x)、MAPbI3、FAPbI3、MAPbI3-xClx和Cs0.05(MA0.13FA0.87)0.95Pb(I0.87Br0.13)3，其厚度为400-750 nm。
4.根据权利要求3所述的基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层和空穴传输层材料为金属氧化物，其结构特征为垂直方向生长在ITO或FTO上具有高能表面的片状单晶纳米草状。
5.根据权利要求4所述的基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二电极层的材质为金属Au、Ag或Al，厚度50-100nm。
6.根据权利要求1、2、4或5所述的基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明衬底材料为石英材质硬质玻璃衬底或柔性PET或柔性PEN衬底。
7.一种如权利要求1-6之一所述的基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）对透明衬底进行清洗、干燥及表面亲水性改善；
（2）室温条件下，在洗净的透明衬底上制备第一电极层；
（3）室温条件下，在第一电极层上，采用液相沉积法制备片状单晶纳米草状结构的金属氧化物电子传输层；在水氧含量均低于1 ppm的手套箱中，采用溶液法在电子传输层上依次制备钙钛矿光吸收层、空穴传输层；
或者室温条件下，在第一电极层上采用液相沉积法制备片状单晶纳米草状结构的金属氧化物空穴传输层；在水氧含量均低于1 ppm的手套箱中，采用溶液法在空穴传输层上依次制备钙钛矿光吸收层、电子传输层；
（4）将制备好的样品放入真空蒸发镀膜机内，蒸镀形成第二电极层，完成钙钛矿太阳能电池的制备。
基于纳米草状介孔层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述第一电极层位于透明衬底之上，其材质为金属氧化物，例如为ITO或FTO；
所述功能层位于第一透明电极层之上，功能层由下至上依次为电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层，或者为空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层；
所述电子传输层的材料可以为但不限于电子传输层材料为二氧化钛（TiO2）、二氧化锡（SnO2）、氧化锌（ZnO）、富勒烯衍生物（PCBM）和富勒烯（C60）等，厚度为20-500nm；
电子传输层材料为金属氧化物时，其结构特征垂直方向生长在ITO或FTO上具有高能表面的片状单晶纳米草状；
所述空穴传输层材料可以为但不限于2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,
9'-螺二芴（Spiro-OMeTAD）、氧化镍（NiOx）和3-己基噻吩聚合物（P3HT）或PTAA等，厚度为
20-500 nm；
空穴传输层材料为金属氧化物时，其结构特征垂直方向生长在ITO或FTO上具有高能表面的片状单晶纳米草状；
所述钙钛矿光吸收层的材料可以为但不限于(FAPbI3)1−x(MAPbBr3)x) 、MAPbI3、MAPbI3-xClx或Cs0.05(MA0.13FA0.87)0.95Pb(I0.87Br0.13)3，厚度为400-750 nm；
所述第二电极层位于功能层之上，其材质为Au、Ag或Al。厚度为50-100nm。
（2）室温条件下，在洗净的透明衬底上制备第一电极层；
（3）室温条件下，在第一电极层上，采用传统的液相沉积法制备片状单晶纳米草状结构的金属氧化物电子传输层。在水氧含量均低于1 ppm的手套箱中，采用溶液法在电子传输层上依次制备钙钛矿光吸收层、空穴传输层；
或者室温条件下，在第一电极层上采用液相沉积法制备片状单晶纳米草状结构的金属氧化物空穴传输层。在水氧含量均低于1 ppm的手套箱中，采用溶液法在空穴传输层上依次制备钙钛矿光吸收层、电子传输层；
（4）将制备好的样品放入真空蒸发镀膜机内，蒸镀形成第二电极层，完成钙钛矿太阳能电池的制备。
（2）本发明所涉及的钙钛矿太阳能电池制备过程采用溶液法，具有制备工艺简单、成本低等优点。可以有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率并使其具有更大的市场潜力。
具体实施方式
然后，在生长液中加入5mL、浓度为0.2 M的六亚甲基四胺，摇晃10min使其均匀。采用塑料回形针将两片洗净的ITO衬底固定，将ITO面朝外，悬挂浸入上述准备的生长液，在室温条件下水浴生长25h。生长完成后取出，用去离子水冲洗数分钟，使用氮气气枪吹干ITO面，并在270℃的热台上退火60min，获得厚度为80nm的锐钛矿型纳米草结构TiO2电子传输层，其结构示意图如图2所示。在体积比为4:1的二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中加入碘甲脒、溴甲胺、溴化铅和碘化铅，所述碘化铅、氯化铅和碘甲胺的质量分别为117.97mg、22.39mg，
80.74mg和507.1mg。另加入45μL，浓度为194.86mg/0.5mL DMSO的CsI溶液。在手套箱中60℃恒温搅拌2h，形成黄色均匀的钙钛矿前驱体溶液；将所得的钙钛矿前驱体溶液用反溶液法旋涂于修饰后的电子传输层上，形成均匀的Cs0.05(MA0.13FA0.87)0.95Pb(I0.87Br0.13)3薄膜，在
100℃下退火60 min，获得致密的钙钛矿光吸收层。在1mL氯苯中加入72.3mgSpiro-OMeTAD，
17.5μL二（三氟甲磺酰）亚胺锂（Li-TFSI），浓度为520mg/mL，25μL FK209，浓度为300mg/mL，
4-叔丁基吡啶29μL，在室温下搅拌3h形成空穴传输层溶液；将所得的空穴传输层溶液旋涂于钙钛矿光吸收层上，形成空穴传输层。最后，通过热蒸发在空穴传输层上蒸镀金电极，厚度为85nm，完成钙钛矿太阳能电池的制备。
40 nm；钙钛矿层为Cs0.05(MA0.13FA0.87)0.95Pb(I0.87Br0.13)3，厚度为450 nm；电子传输层为PCBM，厚度为50nm；第二电极层为银，厚度为80 nm。
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