本發(fā)明涉及太陽能領(lǐng)域，尤其涉及一種穩(wěn)定濕度的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著人類社會的高速發(fā)展，能源的需求和消耗迅速增加，充分利用太陽能，成為解決人類社會能源危機(jī)的有效途徑之一。近年來，有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的迅猛發(fā)展引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和深入研究，其光電轉(zhuǎn)換效率已高達(dá)22.1%。但是，要實現(xiàn)有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦太陽能電池的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，電池的穩(wěn)定性問題必須解決，鈣鈦礦電池的穩(wěn)定性主要受制于鈣鈦礦材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究表明，在潮濕環(huán)境下，鈣鈦礦材料的晶格容易被破壞，導(dǎo)致分解。
目前報道的平面結(jié)構(gòu)有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦電池的構(gòu)成主要是FTO/TiO2致密層/CH3NH3PbI3吸收層/spiro-OMeTAD空穴傳輸層/Au。CH3NH3PbI3在潮濕環(huán)境中會迅速分解成PbI2和CH3NH3，導(dǎo)致電池效率下降。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種穩(wěn)定濕度的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，解決以往鈣鈦礦材料的晶格容易在潮濕環(huán)境下被破壞的缺陷。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種穩(wěn)定濕度的鈣鈦礦太陽能電池，該電池包括由下至上分別設(shè)置的FTO導(dǎo)電玻璃層、氧化鈦致密層、PVA修飾的鈣鈦礦吸收層、致密氧化鋁層、空穴傳輸層和金屬電極。
進(jìn)一步的，所述PVA修飾的鈣鈦礦吸收層，在鈣鈦礦前驅(qū)液中添加PVA，旋涂成膜，鈣鈦礦吸收層厚度為350-450nm。
進(jìn)一步的，所述氧化鈦致密層的厚度15-25nm。
進(jìn)一步的，所述空穴傳輸層為spiro-OMeTAD，所述空穴傳輸層厚為 140-160nm。
進(jìn)一步的，所述金屬電極為Au電極，厚度為70-90nm。
一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該電池的制備步驟如下：
① 選擇FTO作為襯底材料，然后清洗吹干；
② FTO基底放入TiCl4的水溶液中反應(yīng)后清洗并吹干，加熱后得到氧化鈦致密層；
③ 將摩爾比1:1的PbI2粉末和CH3NH3PbI3晶體溶解在N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜混合溶劑中，磁力攪拌得到CH3NH3PbI3鈣鈦礦前驅(qū)溶液；在鈣鈦礦前驅(qū)溶液中加入PVA，攪拌溶解后將鈣鈦礦前驅(qū)溶液涂覆在氧化鈦致密層上，旋涂完畢后，將樣品至于加熱板上100℃退火，得到的PVA修飾的鈣鈦礦光吸收層；
④ 向甲苯中加入spiro-OMeTAD、4-叔丁基吡啶、Li-TFSI的乙腈溶液，室溫下磁力攪拌配置成HTM溶液；將配制好的HTM溶液旋涂到鈣鈦礦吸收層上，放置在密閉的干燥器內(nèi)過夜氧化得到spiro-OMeTAD空穴傳輸層；
⑤ 采用金作為鈣鈦礦太陽能電池的金屬電極。
進(jìn)一步的，在上述步驟③生成的鈣鈦礦光吸收層上，采用ALD法在鈣鈦礦層上沉積一層致密氧化鋁層，所述致密氧化鋁層位于鈣鈦礦光吸收層和空穴傳輸層之間。
進(jìn)一步的，在上述步驟③中，采用一步旋涂法將鈣鈦礦前驅(qū)液旋涂至TiO2致密層上，旋涂過程分為兩個階段，低速階段轉(zhuǎn)速為1000r/min，時間為20s，高速階段轉(zhuǎn)速為6000 r/min，時間為50s。
本發(fā)明的有益效果是：在鈣鈦礦膜中引入適量的聚乙烯醇（PVA），PVA具有較強(qiáng)吸水，能夠吸收并鎖住水分子，從而提高鈣鈦礦材料的水穩(wěn)定性；并在CH3NH3PbI3上沉積一層隔水層，阻止空氣中的水分與鈣鈦礦材料接觸。通過上述兩方面的有機(jī)結(jié)合，解決有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦電池的濕度穩(wěn)定性問題。
附圖說明
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
圖1是濕度穩(wěn)定的有機(jī)/無機(jī)雜化鈣鈦礦電池示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。這些附圖均為簡化的示意圖僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
如圖1所示，一種穩(wěn)定濕度的鈣鈦礦太陽能電池，該電池包括由下至上分別設(shè)置的FTO導(dǎo)電玻璃層、氧化鈦致密層、PVA修飾的鈣鈦礦吸收層、致密氧化鋁層、空穴傳輸層和金屬電極。
FTO導(dǎo)電玻璃層的方塊電阻10-15歐姆，透過率為90%；PVA修飾的鈣鈦礦吸收層，在鈣鈦礦前驅(qū)液中添加PVA，旋涂成膜，鈣鈦礦吸收層厚度為350-450nm，厚度優(yōu)選400nm。氧化鈦致密層的厚度15-25nm。氧化鈦致密層的厚度優(yōu)選20nm。致密氧化鋁層是采用原子層沉積（ALD）的方法制得，厚度為0.5nm。空穴傳輸層為spiro-OMeTAD，空穴傳輸層厚為 140-160nm。厚度優(yōu)選150 nm。金屬電極為Au電極，厚度為70-90nm。厚度優(yōu)選80 nm。
將具有較好吸水性的PVA添加到CH3NH3PbI3薄膜中，改善鈣鈦礦層的成膜質(zhì)量，提高鈣鈦礦吸收層的濕度穩(wěn)定性。
一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，該電池的制備步驟如下：
① 選擇FTO作為襯底材料，然后清洗吹干；
具體的，選擇方塊電阻10Ω、透過率90%的FTO作為襯底材料，依次用異丙醇、丙酮、乙醇超聲清洗15min，然后用N2吹干。
②FTO基底放入TiCl4的水溶液中反應(yīng)后清洗并吹干，加熱后得到氧化鈦致密層；
具體的，F(xiàn)TO基底放入TiCl4的水溶液（v:v = 1:5）中70℃加熱1h，反應(yīng)結(jié)束后，依次用水和乙醇沖洗樣品，并用N2吹干，100℃加熱1h后得到TiO2致密層。
③ 將摩爾比1:1的PbI2粉末和CH3NH3PbI3晶體溶解在N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜混合溶劑中，磁力攪拌得到CH3NH3PbI3鈣鈦礦前驅(qū)溶液；在鈣鈦礦前驅(qū)溶液中加入PVA，攪拌溶解后將鈣鈦礦前驅(qū)溶液涂覆在氧化鈦致密層上，旋涂完畢后，將樣品至于加熱板上100℃退火，得到的PVA修飾的鈣鈦礦光吸收層；
具體的，將摩爾比1:1的PbI2粉末和CH3NH3PbI3晶體溶解在5ml的N，N-二甲基甲酰胺和二甲基亞砜（體積比4:6）混合溶劑中，60℃下磁力攪拌12h，得到濃度為1.2mol/L的CH3NH3PbI3鈣鈦礦前驅(qū)溶液，在鈣鈦礦前驅(qū)溶液中加入3mgPVA；
采用一步旋涂法將鈣鈦礦前驅(qū)液旋涂至TiO2致密層上，旋涂過程分為兩個階段，低速階段轉(zhuǎn)速為1000r/min，時間為20s，高速階段轉(zhuǎn)速為6000 r/min，時間為50s。當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到6000r/min 20s后，用移液器量取500ul氯苯對旋轉(zhuǎn)的鈣鈦礦層進(jìn)行沖淋，旋涂完畢后，將樣品至于加熱板上100℃退火10min，得到性能優(yōu)越的鈣鈦礦光吸收層。
④ 向甲苯中加入spiro-OMeTAD、4-叔丁基吡啶、Li-TFSI的乙腈溶液，室溫下磁力攪拌配置成HTM溶液；將配制好的HTM溶液旋涂到鈣鈦礦吸收層上，放置在密閉的干燥器內(nèi)過夜氧化得到spiro-OMeTAD空穴傳輸層；
具體的，向1ml甲苯中加入72.3 mg的spiro-OMeTAD（2,2’,7,7’- 四 [N,N- 二（4-甲氧基苯基）氨基]-9,9’- 螺二茐）、28.8 μl的4-叔丁基吡啶、17.5 μl Li-TFSI（二（三氟甲基磺酰）鋰）的乙腈溶液，室溫下磁力攪拌6h，配置成HTM溶液。其中，Li-TFSI的乙腈溶液濃度為520mg/ml。將配制好的HTM溶液旋涂到鈣鈦礦吸收層上，旋涂速率為5000r/min，時間為30s，然后將樣品取出手套箱，放置在密閉的干燥器內(nèi)過夜氧化。
⑤采用金作為鈣鈦礦太陽能電池的金屬電極。具體的，采用金作為鈣鈦礦太陽能電池的金屬電極，通過真空蒸鍍法的進(jìn)行金電極的制備，蒸鍍時氣壓為1.0-5 Pa，金屬電極厚度為80 nm，電池的面積為0.25cm2。
在上述步驟③生成的鈣鈦礦光吸收層上，采用ALD法在鈣鈦礦層上沉積一層致密氧化鋁層，致密氧化鋁層位于鈣鈦礦光吸收層和空穴傳輸層之間。具體的，采用ALD法在鈣鈦礦層上沉積一層超薄Al2O3致密層，Al源為三甲基鋁，O源為O3，沉積溫度為70℃，沉積速率0.1nm/cycle，沉積厚度0.5nm。
以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。