[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涉及太阳能电池器件领域，更具体地说，涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源问题是社会的重要问题，在我国的能源消费占比中，不可再生能源所占比例高达91.27％，而可再生能源仅占了不到9％，而按照当前勘探到的地球不可再生资源(石油、煤炭、天然气和核燃料等)的储量，预计在不久的将来，能源短缺所带来的系列问题将会日益凸显。因此，大力发展清洁可再生能源是我国乃至整个人类社会得以可持续发展的迫切需要。

钙钛矿太阳能电池作为新兴太阳能电池，具有光电转换效率高，制备工艺简单，制作成本低等诸多优点，在短短六七年的时间里，钙钛矿太阳能电池的研究取得了重大进展，它的光电转换效率从最初的3.8％提高到超过22％，钙钛矿太阳电池的进展让人们看到了曙光，预示着它未来作为一种高效的可再生能源器件，将有可能拥有着广阔的应用前景。借鉴聚合物有机太阳能电池的研究历程，我们有理由推测：开发可印刷的钙钛矿太阳电池制备工艺并实现柔性化将势在必行。而实现钙钛矿太阳能电池的全印刷和柔性化，其要素之一是实现钙钛矿电池的低温制备。

常规的平面异质结钙钛矿太阳能电池，其主要有ITO或FTO电极，电子传输层(二氧化钛、氧化锡、氧化锌)，钙钛矿吸光层，空穴传输层，金属电极(金、银、铝)组成。钙钛矿吸光层，空穴传输层等都可以在相对较低的温度(低于150℃)下制备成，但电子传输层的制备普遍高于300℃，较好的电子传输层材料二氧化钛要在高于500℃条件下才能制备成，这就没法开发大面积柔性(如PET为基底要温度低于150℃)钙钛矿太阳能电池。因此，我们很有必要开发一种面向金属氧化物(二氧化钛、氧化锡、氧化锌)薄膜的低温溶液制备方法，运用到钙钛矿太阳能电池的器件制备流程当中。

发明内容

针对现有技术中存在的现有氧化物薄膜(以二氧化钛为例)作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池，其电子传输层二氧化钛只能在高于500℃条件下制备问题，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，它可以实现降低氧化物薄膜的制备温度(可低于150℃)，实现钙钛矿太阳能电池的低温制备。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

钙钛矿太阳能电池，包括阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、阳极，阴极在钙钛矿太阳能电池最下端，连接电子传输层，电子传输层连接钙钛矿活性层，钙钛矿活性层连接空穴传输层，空穴传输层连接电池阳极，其特征在于，所述电子传输层的氧化物薄膜是通过蒸汽诱导低温制备得到。

更进一步的，所述电子传输层的氧化物薄膜为二氧化钛、氧化锌、氧化锡和二氧化硅的一种。

更进一步的，所述钙钛矿太阳能电池结构是平面异质结构或叠层结构。

制备该钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，步骤如下：

步骤一、阴极电极的制备：电极基底作为阴极层，将电极基底进行图案化刻蚀，并将电极衬底清洗干净；

步骤二、电子传输层的制备：在空气中，阴极上面旋涂30～75nm的氧化物前驱体溶液，然后将其放在含有1-50mL溶剂的密闭容器中，将密闭容器置于温度为120～180℃的箱式炉中8～16h；

步骤三、钙钛矿活性层的制备：在氮气去水的手套箱中，在电子传输层上将甲基碘化胺和氯化铅溶液成膜形成250～400nm的活性层，后对钙钛矿活性层退火处理；

步骤四、空穴传输层制备：在氮气去水的手套箱中，在活性层上旋涂150～200nm的2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴溶液；

步骤五、阳极电极的制备：在空穴传输层上使用气相沉淀仪器蒸镀厚度为80～150nm的金作为阴极，蒸镀的气压环境小于4×10^-4Pa。

更进一步的，所述步骤一中电极基底为掺氟的SnO₂透明导电玻璃FTO或氧化铟锡导电玻璃ITO。

更进一步的，所述步骤二中氧化物前驱体溶液为异丙醇钛的乙醇酸性溶液、二水醋酸锌的二乙醇甲醚乙醇溶液或草酸亚锡的乙醇酸性溶液的一种，溶质和溶剂的体积比为1:10～1:20。

更进一步的，所述步骤二中溶剂为去离子水、乙醇或异丙醇的一种。

更进一步的，所述步骤三中电子传输层的成膜方法为旋涂法、喷涂法或印刷法的一种。

更进一步的，所述步骤三中退火处理温度为100℃。

相比于现有技术，本发明的优点在于：