[发明专利]一种钙钛矿型太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏材料领域，特别涉及一种钙钛矿型太阳能电池及制备方法。

背景技术

在化石燃料日趋减少的情况下，太阳能已成为人类使用能源的重要组成部分，并不断得到发展。太阳能电池的不断开发与应用将太阳能直接有效地转化为电能供人类使用。

钙钛矿太阳能电池是由钙钛矿作为吸收层而命名的，它由染料敏化电池发展而来，截止2013年，钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转化效率在5年的时间内从3.8%迅速提高到经过认证的16.2%。钙钛矿材料在电池中起着十分重要的作用，钙钛矿晶体为ABX₃结构，一般为立方体或八面体结构，晶体结构稳定，钙钛矿材料的禁带宽度在1.5eV附近，吸收系数高达10⁵，在可见光区域 400-800nm吸收能力较好，并且在蓝光波段的光的吸收效果明显优于硅太阳能电池。但是，在紫外 300-400nm， 及近红外区域 800-1400nm 的吸收比较少，所以，要改善钙钛矿型太阳能电池的光电转化效率，需要增加钙钛矿太阳能电池在可见光区域的光吸收以及拓展其在紫外和红外光区域的光吸收效率。

为了提高钙钛矿太阳能电池对紫外及红外光区域太阳光的吸光能力弱及光电转化效率低的缺陷， 同时进一步增强钙钛矿太阳能电池可见光区域太阳光的吸收，现有技术中，中国专利公开号104576929A公开了一种钙钛矿-硫化铅量子点叠层太阳电池及其制备方法。电池是由透明电极、电子传输层、钙钛矿层、硫化铅量子点层和金属对电极组成，通过钙钛矿和硫化铅两种吸光层复合，拓展了光谱范围，增强光电流，获得叠层电池。然而，这种结构上进行堆叠的电池在制备过程中容易出现两种吸光层之间的接触不够紧密，层间易产生缺陷，严重影响了电池光电转换的稳定性，造成电池效率不均一，重复性差。

中国专利公开号104409642A公开了一种钙钛矿/P 型量子点复合结构太阳能电池的制备方法，采用了 p 型半导体量子点材料替代昂贵的有机空穴传输材料，能有效分离太阳能电池中的光生载流子，降低电子与空穴的复合，显著提高填充因子和光电转换效率。但是，专利公开的方案中也只是将量子点胶体涂覆在钙钛矿表面，在制备过程中仍然容易出现接触不紧密，量子点层与钙钛矿层之间存在众多杂质和悬挂键，导致电池中存在众多电子-空穴复合中心，致使制备的电池效率不均一。

此外，中国专利公开号104183704A公开了一种量子点共敏化型钙钛矿太阳能电池的制备方法， 将量子点作为吸收剂与具有可见光吸收特性的钙钛矿相结合，达到扩展或增强钙钛矿吸光范围、 同时提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率的目的。然而，专利公开的方案中，只是简单地在光阳极TiO₂上先用连续离子层吸附反应法制备量子点，再在其上覆盖钙钛矿层。这种工艺容易造成三种界面：光阳极/量子点界面；量子点/钙钛矿界面和光阳极/钙钛矿界面，这些界面存在更多的晶界缺陷，将引入复合中心，并且分布不均匀，导致电池不同区域对太阳光的吸收不均匀，最终导致电池效率不均一。

综上所述，现有制备量子点/钙钛矿复合太阳能电池技术中还没有一种结构能够在不引入附加缺陷的情况下，充分的利用量子点的宽吸收域和钙钛矿制备简单的共同优势，获得高效率的电池。

发明内容

为了解决上述的不足和缺陷，本发明采用钙钛矿包裹量子点的核壳结构作为钙钛矿太阳能电池的吸光层，克服了现有技术中量子点与钙钛矿层接触区域存在缺陷众多、光电转化效率低的缺陷，提高量子点与钙钛矿结构层的接触面积，并且利用了钙钛矿可以作为空穴传输层的优势，提高光空穴分离的效率，从而提高电池的光电转换效率。进一步，通过改变量子点的大小对太阳光谱裁剪，分波长范围吸收，提高电池对太阳光谱的吸收效率。本发明实施例提供一种钙钛矿包裹P型量子点复合结构太阳能电池的制备方法，使用该方法制备的太阳能电池， 光电转化效率提高。

一方面，本发明提供了一种钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿型太阳能电池按照下述顺序由透明导电基底、致密电子传输层，复合吸光层和金属电极层组成，其中，所述复合吸光层是由钙钛矿包裹P 型半导体量子点的核壳结构组成。

优选的，所述复合吸光层的厚度为500-1500nm。

优选的，所述核壳结构为尺寸为50-150nm球体，其中，所述P型半导体量子点尺寸为3.5-20nm，位于所述球体内部。

优选的，所述致密电子传输层为厚度为300-500nm的n型金属氧化物半导体层。

优选的，所述金属氧化物半导体为TiO₂、ZnO、ZrO中的其中一种。