[发明专利]钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

传统无机半导体太阳能电池存在高成本、高污染等问题，因此有必要寻找易于合成、低成本和环境友好的新材料，用于第三代薄膜太阳能电池。钙钛矿型有机金属卤化物材料(比如CH₃NH₃PbX₃(X＝I，Br，Cl))在近年来以其优异的光电性能、易于合成的性质吸引了众多科研人员的注意和研究兴趣。通过努力，目前国际上基于该材料的薄膜太阳电池的效率最高已经达到19％，具有很大的应用潜力。钙钛矿基薄膜太阳电池从结构上主要包括三种类型：(1)以多孔宽禁带半导体薄膜(如TiO₂，ZnO，SnO₂)为支架层的敏化型薄膜电池；(2)以多孔绝缘材料薄膜(如Al₂O₃，ZrO₂，SiO₂等)为支架层的介观超结构异质结薄膜电池；(3)不采用支架层的平面型异质结薄膜电池。

但目前，这三种结构的钙钛矿型薄膜太阳电池都需要使用金等贵金属材料，通过真空蒸镀等方法制成对电极，材料和设备成本非常昂贵。故从长远角度出发，采用更加便宜的材料制备对电极，降低对电极的成本，对于该种电池的大规模应用和市场竞争力是非常必要的。

中国发明专利申请CN103441217A公布了一种基于碳对电极的钙钛矿型有机金属卤化物薄膜太阳能电池的制备方法，采用碳材料替代昂贵的贵金属材料作为对电极层(即空穴收集层)，大大降低成本。在该方法中，先顺次制备介孔吸光层、介孔绝缘间隔层以及介孔碳对电极层，然后将钙钛矿的前驱液通过滴涂的方法从介孔碳对电极层表面向下填充进介孔吸光层的孔隙中形成电池。由于制备好碳对电极层后才填充钙钛矿，因此，在该方法中对于绝缘间隔层和碳对电极层需要额外的烧结步骤以形成介孔层，无疑推高了电池的生产成本。此外，通过这种方式获得的钙钛矿基薄膜太阳电池的光电流和电池效率也不是很理想，亟待发展新的工艺制备基于碳对电极层的钙钛矿基薄膜太阳电池。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷之一，提供一种低成本的钙钛矿基薄膜太阳电池。本发明另一个进一步的目的是要提供一种电池效率更高的钙钛矿基薄膜太阳电池。本发明再一个进一步的目的是要提供一种新的制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法，该方法节约成本，同时也适合于工业化生产。

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种钙钛矿基薄膜太阳电池，包括：

透明衬底；

在所述透明衬底上形成的透明导电层；

在所述透明导电层上形成的且为半导体材料的致密层；

在所述致密层上形成的且为绝缘材料的多孔支架层，所述多孔支架层内部的孔隙中填充有钙钛矿结构的有机金属半导体吸光材料；以及

在所述多孔支架层上形成的且为导电碳材料的对电极层。

可选地，所述对电极层形成在已填充所述有机金属半导体吸光材料的所述多孔支架层上。

可选地，所述对电极层中无明显的所述有机金属半导体吸光材料的存在。

可选地，所述对电极层为非多孔形式。

可选地，所述钙钛矿基薄膜太阳电池还包括加盖层，形成在所述多孔支架层与所述对电极层之间；

所述加盖层由所述有机金属半导体吸光材料形成。

可选地，所述钙钛矿基薄膜太阳电池还包括空穴传输层，形成在所述加盖层与所述对电极层之间；和/或

引出电极，形成在所述对电极层上。

可选地，所述多孔支架层的所述绝缘材料选自Al₂O₃，ZrO₂或SiO₂中的一种；

可选地，所述多孔支架层的厚度在100-1000nm之间。

可选地，所述加盖层的厚度在50-500nm之间。

可选地，所述有机金属半导体吸光材料选自化学通式为ABX₃中的一种或多种，其中A为有机胺类离子，B为二价金属离子，X为卤素离子Cl^-、Br^-、I^-或拟卤素离子CN^-、NCO^-、NCS^-、NCSe^-中的一种或多种；