[发明专利]一种添加剂辅助的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公布了一种添加剂辅助的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，从下到上依次包括底层基板、底电极层、底层电荷收集层、活性吸光层、顶层电荷收集层和顶电极层；底电极层和顶电极层中至少一侧为透明；活性吸光层为添加剂辅助生长的钙钛矿半导体材料APbX₃，其中A为烷基胺、烷基脒和碱族元素中至少一种，X为碘、溴和氯中至少一种。本发明通过在无水乙酸铅的钙钛矿溶液中加入微量添加剂的方法，调控了钙钛矿活性层的薄膜形貌和结晶性，改善了载流子的传输和收集；改善了钙钛矿太阳能电池的正反扫差异，保证了稳态输出，提高了电池效率和重复性。

技术领域

本发明属于有机无机杂化钙钛矿电池领域，具体涉及一种添加剂辅助的高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

最近几年，基于有机无机钙钛矿太阳能电池效率得到了飞速发展，尤其是以CH₃NH₃PbI₃为代表的太阳能电池，效率从最初报道的的3.8％快速增长到了20％以上。当前，PbI₂作为制备CH₃NH₃PbI₃最常用的铅源，在诸多制备方法中得到了广泛应用。为了实现低成本制备高效率钙钛矿太阳能电池，在过去几年里相继发展了各种薄膜沉积技术，其中一步或两步溶液法成为关注的重点。相比较而言，一步法比两步法工艺简单，能够与旋涂、狭缝涂布、刮涂、丝网印刷、打印、浸渍、热蒸发、电子束蒸发、化学气相沉积和磁控溅射等多种技术相匹配，具有更为广阔的产业前景。但是，采用传统的铅源例如PbX(X＝I,Cl,Br)，用一步法很难得到平整、致密、均匀的钙钛矿活性层，需要借助额外的工艺手段，复杂化了器件的制备流程，不易于商业化推广。

现有利用一步法制备有机无机钙钛矿太阳能电池的方法中，采用乙酸铅三水合物(Pb(Ac)₂.3H₂O)作为原料制备钙钛矿太阳能电池，可以得到平整、致密、高覆盖率的有机无机杂化钙钛矿活性层，取得了与现有传统两步法相当的器件效率。但是，采用乙酸铅三水合物(Pb(Ac)₂.3H₂O)作为关键原料制备钙钛矿太阳能电池的方法仍然存在以下几个问题：

(一)器件光电转换效率相对较低，仅为14％左右；

(二)在不同的正、反向扫描下，器件效率差异较大；

(三)器件的稳态输出特性不佳。

此外，在使用Pb(Ac)₂.3H₂O的过程中，同时引入了三合结晶水，而烷基胺离子对水非常敏感，导致最终器件的重复性不好。同时，水本身的沸点比副产物中的乙酸甲基氨高，所需加热温度相对较高且耗时较长，与低温制备有机无机钙钛矿太阳能电池需求不匹配。

因此，以Pb(Ac)₂.3H₂O为原料，用现有一步法制备有机无机钙钛矿太阳能电池存在的不足包括：器件效率低、最大功率点稳态输出不佳、Pb(Ac)₂.3H₂O结晶水影响器件重复性等。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过在无水乙酸铅的钙钛矿溶液中加入微量添加剂的方法，调控了钙钛矿活性层的薄膜形貌和结晶性，改善了载流子的传输和收集；减小了钙钛矿太阳能电池的正反扫差异，保证了稳态输出，提高了电池效率和重复性。

本发明提供的技术方案是：