一种RGO/m-TiO2基无机铯铅溴钙钛矿太阳能电池及制备方法

技术领域

本发明属于光伏器件技术领域，具体涉及一种RGO/m-TiO

背景技术

自2009年以来，钙钛矿太阳能电池的效率从3.8％提升到25.2％而备受众多专家学者的关注。但是，实现钙钛矿太阳能电池(PSCs)器件商业化应用，还面临一些挑战。其中，有机无机杂化钙钛矿材料存在热降解、光降解和温度不稳定性，会导致电池器件的光电转化效率(PCE)衰减。相对于此，全无机的钙钛矿材料，由于取代了易挥发的有机阳离子，热稳定性、光稳定性都有很大改善，有望成为继有机-无机杂化的钙钛矿材料后，更加利于工业生产的太阳电池的光活性层。

目前，纯无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率相较于有机无机杂化钙钛矿太阳能电池还有很大差距，一方面原因是无机钙钛矿的带隙较宽，二是在电子层上容易发生电荷重组现象，特别是第二点严重制约其效率的提升，因此减少电荷重组显得尤为重要。目前无机钙钛矿电池普遍采用锐钛矿TiO

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种RGO/m-TiO

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种RGO/m-TiO

另外，本发明还提供了一种在空气环境中制备上述太阳能电池的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、在FTO透明导电玻璃上贴上导电胶带，然后进行刻蚀，超声处理和臭氧处理，得到预处理的FTO透明导电玻璃；

步骤二、在步骤一中预处理的FTO透明导电玻璃上旋涂四异丙醇钛乙醇溶液，退火后得到二氧化钛致密层；

步骤三、在步骤二中得到的二氧化钛致密层上旋涂介孔RGO/m-TiO

步骤四、采用脉冲激光沉积法在步骤三中得到的RGO/m-TiO

步骤五、在步骤四中得到的铯铅溴钙钛矿吸光层表面旋涂空穴传输层；

步骤六、采用热蒸发法在步骤五中的空穴传输层上蒸镀银，得到RGO/m-TiO

上述的方法，其特征在于，步骤一中采用锌粉和浓盐酸进行刻蚀，超声处理先用氢氧化钾的饱和异丙醇溶液超声，再用乙醇水溶液超声。

上述的方法，其特征在于，所述乙醇水溶液为无水乙醇和水按照1:(1～2)的体积比混合制成。

上述的方法，其特征在于，步骤二中所述四异丙醇钛乙醇溶液的浓度为0.5mol/L～0.6mol/L；步骤二中旋涂的转速为7000r/min，退火的温度为500℃，退火时间为2h。

上述的方法，其特征在于，步骤三中所述介孔RGO/m-TiO

上述的方法，其特征在于，步骤四中脉冲沉积所用靶材为溴化铯粉末和溴化铅粉末混合研磨后压制而成，所述脉冲沉积的脉冲能量为250mJ～300mJ，溅射频率为5Hz，功率衬底与钙钛矿靶材距离为4cm；步骤四中退火的温度为300℃，退火时间为1h；步骤四中所述铯铅溴钙钛矿吸光层的厚度为440nm～460nm。

上述的方法，其特征在于，所述溴化铯粉末和溴化铅粉末的质量比为1:1，研磨的时间为1h。

上述的方法，其特征在于，步骤五中所述的空穴传输层采用含有4-叔丁基吡啶、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的混合溶液旋涂，将旋涂好的空穴传输层在避光干燥的空气中放置7小时进行氧化处理；所述混合溶液中含有28.8μL～30μL4-叔丁基吡啶，混合溶液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的浓度为0.08M～0.09M，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的浓度为0.064M～0.065M；步骤五中所述空穴传输层的厚度为90nm～110nm。

上述的方法，其特征在于，步骤六中所述热蒸发法是在热蒸发仪中进行，蒸镀是在气压为10

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过在TiO

2、本发明采用铯铅溴无机钙钛矿作为光吸收层，相比于有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，无机钙钛矿太阳能电池对温度具有更好的稳定性和抵抗性，该特性使电池在使用、存放过程中受温度和湿度影响比较小，因而能在较高温度下保持性能，为实现其产业化应用创造了条件。

3、本发明的制备过程都是在空气环境中完成的，方法简单，易于操作，不需要在手套箱中进行。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明实施例1至实施例4制备的太阳能电池的I-V曲线图。

图2为对比例1制备的太阳能电池的I-V曲线图。

图3是RGO/m-TiO

具体实施方式

实施例1

步骤一、将FTO透明导电玻璃分割成1.6cm长条，接着贴上1cm宽的导电胶带，然后用锌粉和浓盐酸进行刻蚀，把刻蚀好的玻璃切成1.6×1.7cm长方形，用氢氧化钾的饱和异丙醇溶液中超声处理1h，再用无水乙醇和水按照1:1的体积比混合制成的乙醇水溶液超声0.5h，冲洗干净烘干后臭氧处理15min备用，得到预处理的FTO透明导电玻璃；

步骤二、在步骤一中预处理的FTO透明导电玻璃上以7000r/min转速旋涂浓度为0.5mol/L的四异丙醇钛乙醇溶液，在马弗炉中500℃退火2h，得到二氧化钛致密层；

步骤三、将介孔二氧化钛浆料(Dyesol 18NRT)与无水乙醇按1:5的质量比混合后超声搅拌一夜即可得到m-TiO

步骤四、采用脉冲激光沉积法在步骤三中得到的m-TiO

步骤五、将4-叔丁基吡啶的氯苯溶液、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的氯苯溶液和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐-乙腈溶液混合，得到空穴层溶液；将空穴层溶液以3000r/min转速旋涂在步骤四中得到的铯铅溴钙钛矿吸光层表面，在避光干燥的空气中放置7小时进行氧化处理，得到厚度为100nm的空穴传输层；所述空穴层溶液中含有28.8μL 4-叔丁基吡啶，空穴层溶液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的浓度为0.08M，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的浓度为0.064M；

步骤六、使用热蒸发仪在步骤五中的空穴传输层上蒸镀一层70nm的银，蒸镀是在气压为10

实施例2

步骤一、将FTO透明导电玻璃分割成1.6cm长条，接着贴上1cm宽的导电胶带，然后用锌粉和浓盐酸进行刻蚀，把刻蚀好的玻璃切成1.6×1.7cm长方形，用氢氧化钾的饱和异丙醇溶液中超声处理1h，再用无水乙醇和水按照1:2的体积比混合制成的乙醇水溶液超声0.5h，冲洗干净烘干后臭氧处理15min备用，得到预处理的FTO透明导电玻璃；

步骤二、在步骤一中预处理的FTO透明导电玻璃上以7000r/min转速旋涂浓度为0.6mol/L四异丙醇钛乙醇溶液，在马弗炉中500℃退火2h，得到二氧化钛致密层；

步骤三、将介孔二氧化钛浆料(Dyesol 18NRT)与无水乙醇按1:5的质量比混合，再加入3％RGO的乙醇溶液，超声搅拌一夜即可得到3％RGO/m-TiO

步骤四、采用脉冲激光沉积法在步骤三中得到的3％ RGO/m-TiO

步骤五、将4-叔丁基吡啶的氯苯溶液、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的氯苯溶液和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐-乙腈溶液混合，得到空穴层溶液；将空穴层溶液以3000r/min转速旋涂在步骤四中得到的铯铅溴钙钛矿吸光层表面，在避光干燥的空气中放置7小时进行氧化处理，得到厚度为90nm的空穴传输层；所述空穴层溶液中含有30μL 4-叔丁基吡啶，空穴层溶液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的浓度为0.09M，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的浓度为0.065M；

步骤六、使用热蒸发仪在步骤五中的空穴传输层上蒸镀一层60nm的银，蒸镀是在气压为10

实施例3

步骤一、将FTO透明导电玻璃分割成1.6cm长条，接着贴上1cm宽的导电胶带，然后用锌粉和浓盐酸进行刻蚀，把刻蚀好的玻璃切成1.6×1.7cm长方形，用氢氧化钾的饱和异丙醇溶液中超声处理1h，再用无水乙醇和水按照1:1的体积比混合制成的乙醇水溶液超声0.5h，冲洗干净烘干后臭氧处理15min备用，得到预处理的FTO透明导电玻璃；

步骤二、在步骤一中预处理的FTO透明导电玻璃上以7000r/min转速旋涂浓度为0.5mol/L四异丙醇钛乙醇溶液，在马弗炉中500℃退火2h，得到二氧化钛致密层；

步骤三、将介孔二氧化钛浆料(Dyesol 18NRT)与无水乙醇按1:5的质量比混合，再加入6％RGO的乙醇溶液，超声搅拌一夜即可得到6％RGO/m-TiO

步骤四、采用脉冲激光沉积法在步骤三中得到的6％ RGO/m-TiO

步骤五、将4-叔丁基吡啶的氯苯溶液、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的氯苯溶液和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐-乙腈溶液混合，得到空穴层溶液；将空穴层溶液以3000r/min转速旋涂在步骤四中得到的铯铅溴钙钛矿吸光层表面，在避光干燥的空气中放置7小时进行氧化处理，得到厚度为100nm的空穴传输层；所述空穴层溶液中含有28.8μL 4-叔丁基吡啶，空穴层溶液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的浓度为0.08M，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的浓度为0.064M；

步骤六、使用热蒸发仪在步骤五中的空穴传输层上蒸镀一层70nm的银，蒸镀是在气压为10

实施例4

步骤一、将FTO透明导电玻璃分割成1.6cm长条，接着贴上1cm宽的导电胶带，然后用锌粉和浓盐酸进行刻蚀，把刻蚀好的玻璃切成1.6×1.7cm长方形，用氢氧化钾的饱和异丙醇溶液中超声处理1h，再用无水乙醇和水按照1:1.5的体积比混合制成的乙醇水溶液超声0.5h，冲洗干净烘干后臭氧处理15min备用，得到预处理的FTO透明导电玻璃；

步骤二、在步骤一中预处理的FTO透明导电玻璃上以7000r/min转速旋涂浓度为0.55mol/L四异丙醇钛乙醇溶液，在马弗炉中500℃退火2h，得到二氧化钛致密层；

步骤三、将介孔二氧化钛浆料(Dyesol 18NRT)与无水乙醇按1:5的质量比混合，再加入9％RGO的乙醇溶液，超声搅拌一夜即可得到9％RGO/m-TiO

步骤四、采用脉冲激光沉积法在步骤三中得到的9％ RGO/m-TiO

步骤五、将4-叔丁基吡啶的氯苯溶液、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的氯苯溶液和双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐-乙腈溶液混合，得到空穴层溶液；将空穴层溶液以3000r/min转速旋涂在步骤四中得到的铯铅溴钙钛矿吸光层表面，在避光干燥的空气中放置7小时进行氧化处理，得到厚度为110nm的空穴传输层；所述空穴层溶液中含有29.2μL 4-叔丁基吡啶，空穴层溶液中2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)的浓度为0.085M，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的浓度为0.064M；

步骤六、使用热蒸发仪在步骤五中的空穴传输层上蒸镀一层80nm的银，蒸镀是在气压为10

对比例1

步骤一至步骤三同实施例3；

步骤四、采用溶液法制备铯铅溴薄膜，首先将0.1M的溴化铅溶于DMF，然后以2000r/min旋涂在步骤三所得6％ RGO/m-TiO

步骤五、配制0.08M溴化铯的甲醇溶液，以2000r/min旋涂在步骤四所得溴化铅薄膜上，在250℃下退火5min，形成厚度为450nm的铯铅溴钙钛矿薄膜；

步骤六、将Spiro-OMeTAD，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐(溶剂为乙腈)及4-叔丁基吡啶的氯苯溶液混合，得到空穴层溶液，然后将空穴层溶液以3000r/min旋涂在步骤五得到的铯铅溴钙钛矿薄膜表面，得到厚度为100nm的空穴传输层；所述空穴层溶液中含有28.8μL4-叔丁基吡啶，空穴层溶液中Spiro-OMeTAD的浓度为0.08M，双三氟甲烷磺酰亚胺锂盐的浓度为0.064M；

步骤七、使用热蒸发仪在步骤六得到的空穴传输层上蒸镀一层70nm的银，蒸镀是在气压为10

将实施例1至实施4以及对比例1进行I-V测试，打开太阳光模拟器，设定辐照度在100mW/cm

从表中可以看出，四个实施例所制备的铯铅溴钙钛矿太阳能电池的开路电压以及填充因子都较高，说明向介孔二氧化钛中掺杂RGO可以获得较高效率的钙钛矿太阳能电池，同时脉冲激光沉积制备的铯铅溴电池性能要优于普遍采用溶液法制备的铯铅溴钙钛矿太阳能电池。图1是实施例中不同浓度RGO/m-TiO

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。