[发明专利]一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于叠层太阳能电池制备技术领域,具体涉及一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是各种清洁能源技术中最有效的技术方案之一，它对于解决人类发展过程中的能源与环境问题具有重要的意义。钙钛矿太阳能电池自2009年首次以3.8％的光电转化效率出现后，其效率在随后短短五年里以前所未有的速度不断攀升。截止2014年12月12日由美国国家可再生能源实验室认证的钙钛矿太阳能电池的最高效率达到20.1％。因此，可以说钙钛矿太阳能电池代表着19世纪70年代以来光伏技术领域最有意义的突破，也是近几年国内外各科研单位及企业的研究热点。追求更高光电转换效率是光伏技术领域的科学家和工程师们的不懈追求。单结钙钛矿太阳能电池当前的效率已达20％左右，单结钙钛矿太阳能电池的理论极限效率为25％-31％，因此，要进一步提高其效率会更加困难。因而发展钙钛矿叠层太阳能电池又将是钙钛矿太阳能电池研究领域一个重要的方向。

当前钙钛矿叠层太阳能电池的研究主要是将钙钛矿太阳能电池和传统的太阳能电池如铜铟镓硒(CIGS)太阳能电池、硅太阳能电池等结合起来。斯坦福大学Michael D.McGehee教授课题组制备出效率为18.6％的钙钛矿/铜铟镓硒机械式叠层太阳能电池(DOI:10.1039/c4ee03322a)。美国加州大学杨阳教授课题组制备出效率为15.5％的钙钛矿/铜铟镓硒四电极端点叠层太阳能电池(DOI:10.1021/acsnano.5b03189)。此外，牛津大学Henry Snaith教授加盟的牛津光伏有限公司(Oxford Photovoltaics Ltd)旨在研发钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳能电池，他们预计钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳能电池的光电效率会达到30％。尽管将钙钛矿与技术成熟的CIGS、单晶硅等太阳能电池结合制备出相应的叠层太阳能电池可以一定程度提高光电转换效率并使得电池具有更大的市场应用潜力。然而，CIGS太阳能电池的制备工艺存在相对复杂、制备周期长、铟是稀有金属等不足，单晶硅太阳能电池的制造工艺更为复杂，存在高能耗、制备周期长、生产过程排放有毒物质等诸多不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，不仅采用全溶液法制备工艺具有超低能耗、工艺设备简单、低成本、制备周期短等优点，而且将不同带隙的钙钛矿材料组合在一起，拓宽了光谱响应的范围，能极大地提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

为实现以上发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池自下而上包括透明导电玻璃、高温烧结致密二氧化钛层、介孔二氧化钛层、宽带隙钙钛矿吸光层、纳米银线透明导电油墨中间电极，低温烧结致密二氧化钛层、窄带隙钙钛矿吸光层、空穴传输层、碳电极。

其中，所述的整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：宽带隙钙钛矿光吸收层禁带宽度在1.7eV左右，包括CsPbI₃(禁带宽度：1.73eV)、CH₃NH₃SnIBr₂(禁带宽度：1.75eV)、CH₃NH₃PbI₂Br(禁带宽度：1.8eV)，主要吸收太阳光能谱中波长较短的光。

其中，所述的整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述窄带隙钙钛矿光吸收层禁带宽度在1.0eV左右，包括CH₃NH₃SnI₃(禁带宽度：1.1eV)、CH₃NH₃Sn_0.9Pb_0.1I₃(禁带宽度：1.18eV)，用于吸收太阳光能谱中波长较长的光。

一种整体堆叠双结钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)高温致密二氧化钛层的制备：利用旋涂法、喷雾热解法、原子层沉积法在清洗洁净的FTO导电玻璃上沉积二氧化钛致密层，并在400-500℃退火处理40-80min,获得厚度为40-80nm的二氧化钛致密层；

(2)二氧化钛介孔层的制备：采用旋涂法、丝网印刷法在二氧化钛致密层上制备二氧化钛介孔层，并在500-550℃退火处理40-80min，获得厚度为500-1000nm的二氧化钛介孔层；