一种绒面结构钙钛矿电池及其制备方法与流程

本发明属于钙钛矿太阳电池，具体涉及一种绒面结构钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术：

1、随着全球对可再生能源和绿色能源技术的日益重视，太阳能电池作为其中的重要组成部分，受到了广泛关注和研究。在众多太阳能电池技术中，钙钛矿太阳能电池以其高效率、低成本和简单的制备工艺等优势，成为近年来研究的热点。

2、钙钛矿太阳能电池，作为一种薄膜类太阳能电池，其核心在于利用钙钛矿型有机金属卤化物半导体作为吸光材料。这种材料具有独特的abx3晶型结构，能够在可见光范围内实现高效的光电转换。然而，尽管钙钛矿太阳能电池在效率和成本方面具有显著优势，但其薄膜的有效厚度仅为300-800nm，这一特性在带来一定优势的同时，也带来了一些挑战。

3、首先，由于钙钛矿薄膜的有效厚度较薄，一部分入射光在穿透薄膜时无法被充分吸收和利用，这在一定程度上限制了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。其次，较薄的薄膜厚度也意味着钙钛矿太阳能电池在承受外部应力或环境因素(如温度、湿度等)时，其结构稳定性和长期耐久性可能受到挑战。

4、针对上述问题，研究人员在钙钛矿太阳能电池的制备工艺和材料选择上进行了一系列创新和改进。例如，通过优化薄膜的制备方法和条件，提高钙钛矿薄膜的结晶度和纯度，从而增强其光吸收能力和稳定性。此外，还可以通过引入新的材料或添加剂，改善钙钛矿薄膜的界面性质，减少光生载流子的复合损失，进一步提高太阳能电池的光电转换效率。

5、尽管如此，钙钛矿太阳能电池在薄膜厚度和光吸收效率方面仍面临诸多挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种绒面结构钙钛矿电池及其制备方法，以解决现有技术中因钙钛矿薄膜太薄，使得入射光难以充分利用的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，在ito玻璃上制备空穴传输层；

5、步骤2，在空穴传输层上旋涂聚苯乙烯纳米球水分散液，退火后形成离散的聚苯乙烯纳米球阵列；

6、步骤3，在聚苯乙烯纳米球阵列上旋涂facspbi3钙钛矿前驱液，旋涂后在100-120℃下退火，形成facspbi3钙钛矿吸收层；

7、步骤4，在钙钛矿吸收层上制备电子传输层；

8、步骤5，在电子传输层上制备金属电极。

9、本发明的进一步改进在于：

10、优选的，步骤1中，所述空穴传输层为2pacz；步骤4中，所述电子传输层为c60和bcp的复合层；步骤5中，所述金属电极为ag电极。

11、优选的，步骤2中，聚苯乙烯纳米球水分散液的制备过程为，将聚苯乙烯纳米球分散在水中，形成浓度为0.5-2mg/ml的聚苯乙烯纳米球水分散液；所述聚苯乙烯纳米球的粒径为200-500nm。

12、优选的，步骤2中，聚苯乙烯纳米球水分散液的旋涂速度为6000rpm，旋涂时间为30s。

13、优选的，步骤2中，退火温度为80℃，退火时间为10分钟。

14、优选的，所述聚苯乙烯纳米球阵列中，聚苯乙烯纳米球的粒径为200-500nm，聚苯乙烯纳米球粒间距为2μm-5μm。

15、优选的，步骤3中，钙钛矿前驱液的旋涂转速过程分两个阶段，第一阶段的旋涂转速为1000-3000rpm，旋涂时间为20s；第二阶段的旋涂转速为4000-6000rpm，旋涂时间为40s；第二阶段在在结束前15s滴加500μl氯苯。

16、优选的，步骤3中，钙钛矿吸收层的退火时间为30分钟。

17、优选的，所述电子传输层包括c60层和bcp层，其中c60的蒸发速率为bcp层的蒸发速率为

18、一种通过上述任意一项制备方法制得的绒面结构钙钛矿电池，包括从下到上依次设置的ito玻璃、2pacz空穴传输层、聚苯乙烯纳米球阵列、facspbi3钙钛矿吸收层、电子传输层和ag金属电极；所述电子传输层包括c60层和bcp层。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、本发明公开了一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，本发明在空穴传输层和钙钛矿吸收层之间设置了一层由聚苯乙烯组成的绒面结构，一方面聚苯乙烯组成的绒面结构能够增加入射光的行程，提高钙钛矿吸收层对入射光的吸收率以及光利用率，从而提升钙钛矿电池的光电流；另一方面，聚苯乙烯的玻璃化转变温度低于钙钛矿退火温度，在钙钛矿退火过程中，球形的聚苯乙烯坍塌成岛状，使钙钛矿成膜过程中形成绒面结构，改善了钙钛矿电池的光利用率，从而填充钙钛矿与聚苯乙烯间的空隙，提升器件整体性能。

21、本发明还公开了一种绒面结构钙钛矿电池，该绒面结构钙钛矿电池在空穴传输层和钙钛矿吸收层之间设置了一层由聚苯乙烯组成的绒面结构，绒面结构增加了入射光的行程，提高钙钛矿吸收层对光入射光的吸收率以及光利用率，从而提升钙钛矿电池的光电流；

22、进一步的，通过调整配置聚苯乙烯纳米球水分散液中聚苯乙烯纳米球粒径，以及聚苯乙烯纳米球分散液的浓度，能够调节形成的聚苯乙烯阵列中的聚苯乙烯的粒径和间距，进而可调节绒面尺寸，进而影响绒面结构对不同波段的响应范围，从而可通过调整绒面结构的尺寸，适配不同带隙的钙钛矿薄膜。

技术特征：

1.一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述空穴传输层为2pacz；步骤4中，所述电子传输层为c60和bcp的复合层；步骤5中，所述金属电极为ag电极。

3.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤2中，聚苯乙烯纳米球水分散液的制备过程为，将聚苯乙烯纳米球分散在水中，形成浓度为0.5-2mg/ml的聚苯乙烯纳米球水分散液；所述聚苯乙烯纳米球的粒径为200-500nm。

4.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤2中，聚苯乙烯纳米球水分散液的旋涂速度为6000rpm，旋涂时间为30s。

5.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤2中，退火温度为80℃，退火时间为10分钟。

6.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述聚苯乙烯纳米球阵列中，聚苯乙烯纳米球的粒径为200-500nm，聚苯乙烯纳米球粒间距为2μm-5μm。

7.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤3中，钙钛矿前驱液的旋涂转速过程分两个阶段，第一阶段的旋涂转速为1000-3000rpm，旋涂时间为20s；第二阶段的旋涂转速为4000-6000rpm，旋涂时间为40s；第二阶段在在结束前15s滴加500μl氯苯。

8.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，步骤3中，钙钛矿吸收层的退火时间为30分钟。

9.根据权利要求1所述的一种绒面结构钙钛矿电池的制备方法，其特征在于，所述电子传输层包括c60层和bcp层，其中c60的蒸发速率为bcp层的蒸发速率为

10.一种通过权利要求1-9任意一项制备方法制得的绒面结构钙钛矿电池，其特征在于，包括从下到上依次设置的ito玻璃、2pacz空穴传输层、聚苯乙烯纳米球阵列、facspbi3钙钛矿吸收层、电子传输层和ag金属电极；所述电子传输层包括c60层和bcp层。

技术总结本发明公开了一种绒面结构钙钛矿电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳电池技术领域，包括从下到上依次设置的ITO玻璃、空穴传输层、聚苯乙烯纳米球阵列、钙钛矿吸收层、电子吸收层和金属电极。本发明在空穴传输层和钙钛矿吸收层之间设置了聚苯乙烯纳米球，聚苯乙烯纳米球组成的绒面结构能够增加入射光的行程，提高钙钛矿吸收层对入射光的吸收率以及光利用率，从而提升钙钛矿电池的光电流；同时在钙钛矿退火过程中，球形的聚苯乙烯坍塌成岛状，从而填充钙钛矿与聚苯乙烯间的空隙，提升了钙钛矿层结晶时的质量，从而提升器件整体性能。技术研发人员：赵志国,杨永军,蔡子贺,赵东明,伏林,秦校军受保护的技术使用者：华能青海发电有限公司技术研发日：技术公布日：2024/12/2