[发明专利]一种石墨烯增强的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，特别是一种石墨烯增强的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前太阳能电池市场绝大部分由晶体硅太阳能电池占据，但由于晶体硅价格高昂，制约了光伏产业的应用发展。钙钛矿太阳能电池是一类新兴的太阳能电池，其价格相对便宜得多，利用具有钙钛矿结构的光伏材料来实现光电转换，具有原材料来源广泛、结构简单、可制备成柔性电池等优点，具有广泛的应用前景。但是，目前该类电池光电转化效率偏低，现阶段的研究重点是提高其光电转换效率。

中国发明专利CN104134711A公开了一种钙钛矿太阳能电池及其溶液法制备方法。该钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的衬底、透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和顶电极。其中吸光层为具有钙钛矿结构的光伏材料吸光层，其电子传输层、钙钛矿材料吸光层和空穴传输层均可在低温(200°C以下)的空气环境下实现溶液法制备，尤其是电子传输层不需要高温(450°C以上)处理或合成的纳米颗粒，有利于简化工艺流程，降低成本，提高电池的制备效率，便于实现规模化生产。该发明电池的转化光电效率低于低于11%。

中国发明专利CN104795501A公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池由FTO透明导电玻璃衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层和金属电极组成，其吸光层为二维层状结构的钙钛矿材料，该发明采用旋涂法制备层状类钙钛矿吸光层，制备方法简单，成膜性能佳，所述吸光层材料随着层数的变化，其带隙可调，并且具有较好的化学稳定性，该材料在较高的空气湿度(50-80%)下暴露30天无化学分解，并仍然保持良好的层状结构，性能优异且稳定，不过其转化效率比较低。

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CN104810479A公开了一种太阳能电池以及制作方法。避免了现有钙钛矿电池制作工艺对高温的需要，同时避免了目前钙钛矿电池要使用铅的缺点。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。该发明采用纳米氧化铝做电子传输层，以锡钛矿结构做吸收层，其电子传输层在150°C下操作即可完成，同时减少了铅的使用。其转化效率低于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。其原因主要是当前的钙钛矿电池的转化效率还不够高，一般在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，本发明提供了一种石墨烯增强的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。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)制备得到电子传输层：采用蒸镀或气相沉积的方法在导电玻璃上制备硫化锰层；厚度控制在10-50nm之间；

3)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；

采用溶液法原位合成钙钛矿材料：先在电子传输层上旋涂PbI2溶液，烘干后放入CH3NH3I溶液中浸泡生长出钙钛矿材料，得到钙钛矿吸光层。通过控制PbI2与CH3NH3I反应溶液的浓度，控制钙钛矿的形貌与厚度，厚度控制在50-500nm之间；

4）制备电子吸收层：