[发明专利]有机-无机钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池及其制备技术领域，涉及一种基于平面结构钙钛矿太阳电池的制备方法，以及采用磁控溅射法或脉冲激光法制备n-型金属氧化物半导体层的方法、采用常压气相辅助溶液法制备光吸收层的方法、采用蒸镀法制备金属合金电极的方法。

背景技术

人类对低成本，高光电转化效率光伏器件的探索步伐从未停止。尤其在本世纪，能源短缺和环境污染已愈来愈制约着社会与经济的可持续发展，太阳能光伏发电作为重要的清洁能源技术，已经进入人类能源结构，并成为基础能源的一个重要补充部分。同时，随着整个技术的发展以及整个光伏产业的成熟，预计到本世纪中叶，光伏发电将进一步增加其在人类能源结构中的份额，成为重要的人类能源结构。其中，太阳能电池制备技术是整个光伏产业发展的基石。目前，高效、低成本的太阳能电池中，主要的代表即染料敏化太阳能电池与钙钛矿太阳能太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池由于其具有制备工艺简单、成本低，以及具有比染料敏化太阳能电池更高光电转换效率的特点，在硅太阳能电池遇到高能耗、高污染发展瓶颈的今天，给整个光伏行业带来了巨大的希望。最早出现的介观钙钛矿太阳能雏形电池效率很低，但短短几年时间，电池的光电转换效率即由最早的3.8％提高到15％以上。在这个过程中，随着人们对钙钛矿材料的电学性能，尤其是载流子输运性能认识的加深，平面异质结构的钙钛矿太阳能电池应运而生。平面结构相较介观结构，可以实现载流子的有效收集，同时可以增加器件优化的灵活性，为发展高效叠层结构的太阳能电池提供可能。

有机-无机钙钛矿光吸收层是整个平面异质结钙钛矿太阳能电池制备的核心，制备出高质量的杂化钙钛矿光吸收层是电池获得高光电转化效率的关键。高质量的有机-无机钙钛矿光吸收层具有高结晶性，高的表面覆盖度，以及平整度与致密度等特点。具备这些特征的有机-无机钙钛矿光吸收层具有大的光吸收率以及低的载流子表面符合率。目前，人们主要利用溶液法进行有机-无机钙钛矿光吸收层的制备。这一方法不能完全去除水或湿气的影响，所制备得到的有机-无机钙钛矿光吸收层中存在水合有机金属卤化物中间相，影响钙钛矿层的稳定，同时由于该第二相通常呈现针状结构，使得有机-无机钙钛矿光吸收层的表面平整度、致密度、覆盖度均不理想，最终影响到电池的稳定性与电池的光电转换效率。为了避免有机-无机钙钛矿光吸收层中针状二次相的生成，人们尝试了共蒸发法进行有机-无机钙钛矿光吸收层的制备。这一方法一定程度上获得了成功，避免了二次相的生成，但由于表面形貌的不可控以及成本高等因素限制了其发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题涉及制备高质量和性能优良的n-型金属氧化物层、有机-无机钙钛矿光吸收层和高性能金属背电极，提供了一种高效平面结构有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池的制备技术和方法，通过优化工艺，制备出高效、稳定、重复性好以及低成本的太阳能电池。

为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种低成本常压气相辅助溶液法，在气相与压力共同辅助下进行该有机-无机钙钛矿光吸收层制备。该方法可以有效地避免水合有机金属卤化物CH₃NH₃PbI_xZ_3-x·H₂O(Z:Cl,Br)二次相的生成，同时由于压力的辅助，使得薄膜更加致密与平整，薄膜具有高的光吸收系数。并对太阳电池的n-型金属氧化物半导体的制备生长和金属合金背电极的制备，提出了新的制作工艺方法。通过该法制备的太阳能电池具有优异的光电转化效率、稳定性和长寿命，同时该法兼备工艺简单、重复性好以及低成本等优点，对于推动平面异质结钙钛矿太阳能的发展具有重要意义。

本发明提出了一种有机-无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：

(1)选择高性能透明导电基板，清洗并烘干；

(2)利用激光或化学刻蚀方法对所述透明导电基底进行刻蚀，获得目标图案，清洗并烘干；

(3)利用磁控溅射法或脉冲激光沉积法所述目标图案上制备n-型金属氧化物层；

(4)利用旋涂法在所述n-型金属氧化物层上旋涂以N，N-二甲基甲酰胺为溶剂的碘化铅前驱液；