[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池结构，依次包括阴极透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层及金属阳极，电子传输层为二氧化钛包覆金属粒子核壳层。本发明将TiO₂包覆Au/Ag的核壳层直接作为电子传输层使用，无需另外制作专门的电子传输层，简化了制备工艺，利用纳米粒子的等离子体激元增强效应促进了钙钛矿层对光的吸收，提高了太阳能电池的吸光效果；本发明的制备方法采用溶液低温工艺制备了电子传输层，避免了现有技术中高温烧结等步骤的使用，进一步简化了制备工艺，降低了生产成本；且由于二氧化钛包覆金属粒子核壳层作为电子传输层在溶液中直接形成于阴极透明导电衬底上，而不是经过旋涂工艺制作，结构更加紧凑，电子传输效果更好。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体指一种钙钛矿太阳能电池结构，本发明还涉及上述钙钛矿太阳能电池结构的制备方法。

背景技术

随着全球化石能源的枯竭以及温室效应和环境污染的日益加剧，清洁能源及低碳经济已经成为世界各国的重要研究课题。太阳能电池技术受到极大的关注。其中目前市面上的硅基太阳能电池等器件作为原材料、制备工艺要求苛刻，导致利用成本居高不下，人们把目光转向低成本的太阳能电池材料和技术。新型薄膜太阳能电池由于低廉的成本和大面积的制备技术越来越受到人们的重视。具有钙钛矿型层状结构的有机金属材料作为一种高光吸收系数以及良好电学性能的材料，受到科研工作者的关注。近两年来基于钙钛矿材料的太阳能电池技术发展迅速。目前实验室里最高的钙钛矿电池的效率已经突破20％，完全达到了商业化的要求。

传统的钙钛矿电池结构为：衬底/导电层/致密层/支架层/吸光层/空穴传输层/电极。对于此结构的钙钛矿太阳能电池而言，多孔二氧化钛支架层的首要作用并不是传导电子，而是在制备器件时起到支撑钙钛矿、促进钙钛矿生长的作用，完全可以由绝缘的多孔SiO₂或者Al₂O₃等代替。近期的理论研究发现钙钛矿是双极性半导体，可以同时充当吸光层、电子传输层或空穴传输层。基于无支架层的N-I-P型结构的钙钛矿太阳电池迅速发展，其效率甚至超过具有多孔层结构的电池；至于无电子传输层或无空穴传输层结构的钙钛矿太阳电池，虽然有文献报道基于无TiO₂的器件结构(J.Am.Chem.Soc.136(2014)17116-17122.Nat.Commun.6(2015)doi:10.1038/ncomms7700)，但是电池的效率远低于有电子传输层的器件结构(Science 345(2014)542-546.Science 348(2015)1234-1237.)。电子传输层亦即致密层一般由高温烧结(500度)的TiO₂构成。TiO₂可以起到传输电子作用，最重要的是可以减少空穴与电子的复合几率，从而大大提高电池的效率。然而，高温烧结技术使得电池的制备工艺复杂化，成本上升，在钙钛矿薄膜电池极具商业化的前景下，严重限制了钙钛矿太阳能电池的发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能促进钙钛矿层的吸光作用的钙钛矿太阳能电池结构。

本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述钙钛矿太阳能电池结构的制备方法，该方法在低温下完成，制备工艺简单、制备成本低，制备的钙钛矿太阳能电池结构对光具有更好的吸收功能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于包括：

阴极透明导电衬底，

电子传输层，制作在所述阴极透明导电衬底上，

钙钛矿层，制作在所述电子传输层上，

空穴传输层，制作在所述钙钛矿层上，以及

金属阳极，制作在所述空穴传输层上；

所述的电子传输层为二氧化钛包覆金属粒子核壳层。