[发明专利]一种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。

背景技术

由于地球变暖现象日益严重，世界各国对二氧化碳的排放量均采取严格的管制，石油、煤炭等传统能源数年后将消耗殆尽，人们对新能源的重视与需求日益凸显，这些因素都激发了太阳能电池产业的蓬勃发展。目前，硅基太阳能电池已实现产业化，并有着较为成熟的市场，但由于其制备工艺流程长，制备过程能耗高，设备昂贵等缺点，其性价比还无法与传统能源相竞争。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池势在必行。

钙钛矿太阳能电池，为近两年光伏领域一匹黑马，其吸光材料是利用ABX₃(A＝CH₃NH₃⁺等；B＝Pb²⁺，Sn²⁺等；X＝Cl^-，Br^-，I^-等)钙钛矿结构的光伏材料，具有吸光范围宽，较高的载流子迁移率及较长的载流子寿命等优点，在众多类型的太阳能电池中脱颖而出。

多孔层钙钛矿太阳能电池是在导电玻璃上旋涂一层致密TiO₂(n型半导体)，然后在其上面旋涂多孔TiO₂或者Al₂O₃薄膜，随后依次旋涂CH₃NH₃PbI₃，空穴传输层，最后真空蒸镀一层金属电极，比如Au，Ag，Al。

在光伏材料中应用中，多孔层主要起骨架支撑，或延长电子传输路径，减少电子和空穴复合率的作用，材料主要有TiO₂，Al₂O₃，ZnO，ZrO₂，SnO₂和SiO₂等。钙钛矿材料主要吸收波长为300-600nm的可见光，不吸收红外光。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，利用上转换发光材料与TiO₂混合物作为电子传输层和光转换层；吸收不能被钙钛矿材料吸收的红外光，转换成可见光，从而被钙钛矿材料有效吸收。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池，包括从上至下依次叠层设置的FTO玻璃衬底、TiO₂致密层、上转化发光材料/TiO₂混合物的多孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极。

进一步的，上转化发光材料/TiO₂混合物的多孔层中的上转化发光材料是以NaYF₄为基质掺杂稀土元素，粒径为40-50nm；上转化发光材料/TiO₂混合物的多孔层中的TiO₂为P25，粒径为20-25nm；上转化发光材料/TiO₂混合物的多孔层中上转化发光材料与TiO₂的重量比为1-8：4；所掺杂稀土元素为铒、铥、钬中一种和镱；所掺杂镱的化学计量比为2％；所掺杂铒、铥、钬中一种的化学计量比为0.5％。

进一步的，上转化发光材料/TiO₂混合物的多孔层的制备方法包括以下步骤：

将NaYF₄为基质上转换材料与二氧化钛P25按重量比为1-8：4均匀混合，获得混合物A；将乙基纤维素，松油醇，酒精按重量比1：1-3：20均匀混合，获得溶胶B；将溶胶B置于容器，然后把混合物A倒容器中，混合物A与溶胶B的质量比为1：200-400；将密封容器后置于磁力搅拌器上持续搅拌12h以上，然后超声4-8h，得到浆料D；

在TiO₂致密层表面旋涂浆料D，旋涂过程分为两个步骤，首先以500r/min的速率旋涂5s，然后以2500-5000r的速率旋涂45s；接着将膜放在130℃的热板上烘烤10min，降至室温后，继续重复旋涂-烘烤的步骤，最后在TiO₂薄膜表面旋涂上转化发光材料/TiO₂薄膜2-5层；