[发明专利]一种基于SnO2的钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。

背景技术

近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟鎵锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处在起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。

钙钛矿电池近年来发展迅速，由于具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了很多的研究成果。钙钛矿吸光材料具有高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数，所以钙钛矿电池可以获得高的短路电流、开路电压和填充因子。目前文献报道最高的钙钛矿电池效率是由国外Yang Yang等人发表在Science杂志上的关于钙钛矿光伏电池的界面工程方面的研究，取得了19.3%的惊人效率(Huanping Zhou, Qi Chen, Gang Li, Song Luo, Tze-bing Song, Hsin-Sheng Duan, Ziruo Hong, Jingbi You, Yongsheng Liu, Yang Yang. Interface engineering of highly efficient perovskite solar cells. Science 2014, 345, 6196.)。另一方面国内由Han Hongwei等人报道了一种基于碳电极的无空穴传输层的介孔结构的钙钛矿太阳能电池，取得了12.8%的认证效率和超过1000个小时性能（10%的效率）无明显衰减的高稳定性，在全印刷工业化制备工艺上有很大的应用前景，相关工作在国际上取得了巨大的影响力(Anyi Mei, Xiong Li, Linfeng Liu, Zhiliang Ku, Tongfa Liu, Yaoguang Rong, Mi Xu, Min Hu, Jiangzhao Chen, Ying Yang, Michael Gr?tzel, Hongwei Han.  A hole- conductor–free, fully printable mesoscopic perovskite solar cell with high stability. Science 2014, 345, 6194.)。

传统的钙钛矿电池大部分都是基于需要高温烧结的TiO₂薄膜作为电子传输层，这层电子传输层在传输电子的同时也起到阻挡空穴从而抑制复合的作用。这里的TiO₂通常需要四、五百度的高温烧结，用低温制备的电子传输层通常效率要比高温制备的TiO₂薄膜光电转化效率低很多。所以如果能找到一种新型的可低温制备并且性能稳定的电子传输层对钙钛矿电池的发展来说意义重大。关于高效率和低成本的电子传输层目前在国内外只有少量的报道，目前有用ZnO薄膜作钙钛矿光伏电池的电子传输层的，也能获得较高的光电转化效率 (Liu, D.; Kelly, T. L., Perovskite solar cells with a planar heterojunction structure prepared using room-temperature solution processing techniques. Nature Photonics 2013, 8 (2), 133-138.)。ZnO是一种双性氧化物，即溶于酸也溶于碱，在自然环境下较为不稳定，所以虽然取得了较好的效率但是长期稳定性方面还存在问题，在工业应用上并不太适用。现今钙钛矿太阳能电池的光电转化效率已经达到了工业化的要求，但是在制备工艺、成本和稳定性方面还有很多问题需要解决。所以为了钙钛矿太阳能电池的工业化应用，研制一种高效率、低成本和性能稳定的电子传输层意义重大。

发明内容

本发明所要解决的问题是提供一种钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法，该钙钛矿薄膜采用新的氧化物作为电子传输层，制备成本低，性能稳定。

本发明的技术方案：