[发明专利]一种PIN异质结太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，特别是一种具有异质结结构的高光电转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池越来越成为研究者关注的焦点。这类材料具有合适的带隙、吸光系数高、能量转换率高、制备简单、生产成本低等一系列优点。使得人们对钙钛矿型太阳能电池的商业化产生了强烈的期待，以改变当前硅太阳能主要依靠政府补贴的局面，实现太阳能电池的真正商业化。

钙钛矿太阳能电池最近备受关注。中国发明专利CN103855307A公开了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳电池包括透明电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极，其中所述空穴传输层包括PEDOT：PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种。该发明的钙钛矿太阳电池具有较低的成本;所述制备方法工艺简单，能够进行规模化生产。其转化效率低于14%。

中国发明专利CN104900810A公开了一种均匀有机-无机钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，首先按比例配制钙钛矿溶胶前驱液，然后通过多步骤旋转涂布法在洁净的导电玻璃衬底上制备钙钛矿薄膜，为了得到均匀光滑的有机-无机钙钛矿薄膜，在旋涂最后阶段，通过滴加有机溶剂对薄膜进行处理，最后将薄膜烘干，从而得到均匀光滑有机-无机钙钛矿薄膜。该发明以PEDOT：PSS作为空穴传输层，PCBM作为电子传输，ZnO纳米颗粒膜作为空穴阻挡层制备电池器件。其优点是：1、采用一步液相制备方法制备钙钛矿薄膜，不需要复杂设备，可以非常容易地得到均匀的有机-无机钙钛矿薄膜;2、以自制的ZnO纳米颗粒溶胶旋涂成膜作为空穴阻挡层，获得高效率的电池器件。不过其转化效率仍低于15%。

中国发明专利CN104576932A公开了一种双层纳米介孔电子传输层的钙钛矿光伏电池及其制备方法。该电池由导电衬底、双层结构的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成。本发明的优点是：该钙钛矿光伏电池采用一步法低温生长的SnO2作为电子传输层，取代了两步法高温烧结的TiO2电子传输层，极大简化了制备流程。这种一步法低温制备的介孔钙钛矿光伏电池取得了13.82%的光电转换效率，同时有效的降低了制作成本。该钙钛矿光伏电池的介孔结构相比平面结构更易于钙钛矿吸光材料的附着，且SnO2对钙钛矿吸光层的分解作用比TiO2较弱，提高了电池的性能与稳定性。该发明能够促进柔性太阳能电池的发展及推广，并进一步推进钙钛矿太阳能电池的工业化应用。

中国发明专利CN104810479A公开了一种太阳能电池以及制作方法。现有的钙钛矿电池，制作工艺对需要高温，限制了电池在柔性衬底的使用，同时效率低，而且钙钛矿电池要使用铅，铅对人体以及环境有很大的危害。该发明提供了一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银，其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜，吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。该发明还提供了锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法。本发明采用纳米氧化铝做电子传输层，以锡钛矿结构做吸收层，该结构的特点为：电子传输层在150℃下操作即可完成，同时减少了铅的使用。由此生产的太阳能电池的转换效率可达到13-14%。

上述发明逐步将钙钛矿太阳能电池向产业化不断推进，不过，目前还不能大规模生产，因为其效率都还在15%以下，寻找更高效率的太阳能电池结构是人们一致努力的目标。

发明内容

发明目的：为了充分利用钙钛矿材料的性质，制备可用于生产的钙钛矿太阳能电池，本发明提供了一种PIN（P-I-N）异质结太阳能电池及其制备方法及其制备方法。采用本发明的电池材料及其结构，能够大幅提高太阳能电池对光子的吸收及其转化效率，从而提高太阳能电池的光电转化效率，改善器件性能。

本发明的技术方案如下：?

1)采用导电玻璃作为透光／透明电极层；?

2)制备过渡层：采用喷涂热分解技术在导电玻璃表面制备镍的氧化物层。厚度控制在5-50nm范围内；

3)制备得到电子传输层：接着旋涂已酸丙酮镍、醋酸锂、乙酸镁四水合物的混合物，烘干（300℃－400℃），制备得到电子传输层，厚度控制在10-100nm之间；

4)制备吸光层：

a.配制PbI2溶液，PbI2的浓度为0.5-3.0Mol/L，溶剂为二甲基甲酰胺；

b.配制CH3NH3I溶液：浓度10mg/mL，溶剂为异丙醇；