[發明專利]基于石墨烯ZnO陰極的平面鈣鈦礦太陽能電池及制備方法

在審

• 申請號: 201410828282.4
• 申請日: 2014-12-26
• 公開（公告）號: CN104617220A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 張春福;唐詩;張進成;陳大正;郝躍;習鶴;羅莉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱衛星

1.一種基于石墨烯ZnO陰極的平面鈣鈦礦太陽能電池，自下而上包括：襯底(1)、陰極(2)、電子傳輸層(3)、光活性層(4)、空穴傳輸層(5)、陽極(6)，其特征在于：

所述陰極(2)，采用石墨烯，用于收集電子；

所述電子傳輸層(3)，采用ZnO，用于修飾界面，阻擋空穴，傳輸電子。

2.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于：陰極(2)的厚度為20～40nm。

3.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于：電子傳輸層(3)的厚度為70～100nm。

4.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于：光活性層(4)的厚度為150～300nm。

5.根據權利要求1所述的太陽能電池，其特征在于：空穴傳輸層(5)的厚度為10～30nm。

6.基于石墨烯ZnO陰極的平面鈣鈦礦太陽能電池的制作方法，包括如下步驟：

(1)清洗襯底基片：將石墨烯陰極玻璃基片依次置于去離子水、丙酮、無水乙醇和去離子水中超聲清洗5-15min，清洗完成后用氮氣槍吹干；

(2)制備ZnO前驅體溶液：

將150mg顆粒尺寸小于5um的ZnO粉末溶于15ml濃度為25％的氨水中，經5min超聲振動后放入溫度為5℃冰箱冷藏24h，得到濃度為0.125M/L的ZnO前驅體溶液；

(3)在帶有石墨烯陰極的玻璃基片上旋涂ZnO前驅體溶液，旋涂轉速為2000-4000r/min，時間為40s，并在溫度為100～200℃的烘箱中退火5-15min，形成ZnO電子傳輸層；

(4)在ZnO電子傳輸層上旋涂PbI₂溶液，并在70℃下退火15min，以蒸發有機溶劑，旋涂時的轉速為2000-4500r/min，旋涂的時間為30-60s；

(5)將PbI₂層轉化為CH₃NH₃PbI₃光活性層：將經過步驟4)所得的基片浸泡在CH₃NH₃I溶液中，在60℃溫度下保持5～20min，以保證PbI₂與CH₃NH₃I這兩種材料充分反應；

(6)對光活性層前退火：在空氣氣氛下，將經過步驟5)所得基片在90℃下退火45min；

(7)在CH₃NH₃PbI₃光活性層上旋涂Spiro-MeOTAD空穴傳輸層，旋涂轉速為2000～4500r/min，旋涂的時間為30～60s；

(8)在空穴傳輸層上淀積Au金屬陽極，完成平面結構鈣鈦礦太陽能電池的制作。

7.如權利要求6所述的基于石墨烯ZnO陰極的平面結構鈣鈦礦太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟(4)中的PbI₂溶液，是將460mg的PbI₂先溶解在1ml的二甲基甲酰胺DMF中得到濃度為460mg/mL的溶液；再將所得的PbI₂溶液在90℃下攪拌6h。

8.如權利要求6所述的基于石墨烯ZnO陰極的平面結構鈣鈦礦太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟(5)中的CH₃NH₃I溶液，是將800mg的CH₃NH₃I溶解在40ml的異丙醇IPA得到濃度為20mg/mL的CH₃NH₃I溶液。

9.如權利要求6所述的基于石墨烯ZnO陰極的平面結構鈣鈦礦太陽能電池制備方法，其特征在于，所述步驟(7)中的Spiro-MeOTAD溶液，是將90mg的Spiro-MeOTAD溶解在1ml的氯苯CB中得到濃度為90mg/mL的溶液。

10.如權利要求6所述的基于石墨烯ZnO陰極的平面結構鈣鈦礦太陽能電池制備方法，其特征在于步驟(8)所述的在空穴傳輸層上淀積Au金屬陽極，其工藝條件為：將步驟(7)所得基片放入真空度小于5×10^-4Pa，電流為80A的金屬蒸鍍室中，熱蒸發厚度為100nm的Au。