[发明专利]体异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池

说明书

本发明涉及体异质结钙钛矿薄膜及其制备方法和太阳能电池，所述体异质结钙钛矿薄膜包括：体异质结层，所述体异质结层包括作为电子给体材料的钙钛矿多晶薄膜、和位于所述钙钛矿多晶薄膜的晶界位置的电子受体材料；以及位于所述体异质结层表面的钙钛矿薄膜层。将本发明的体异质结钙钛矿薄膜应用于钙钛矿太阳能电池时，其可以取代现有的介孔电子传输层和钙钛矿吸光层，从而可以简化电池的结构，还可以避免独立介孔层制备过程中所需的高温烧结工艺，适于在塑性基底上制备高效率柔性钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池用薄膜的制备方法，更具体而言，涉及一种体异质结钙钛矿薄膜与相应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，对于能源的需求与日俱增。太阳能作为一种清洁、无污染的能源，受到国内外的广泛关注与深入研究。基于有机-无机杂化钙钛矿薄膜的太阳能电池是近年发展起来的一类新型太阳能电池，其优点十分突出：1、有机-无机杂化钙钛矿材料制备工艺简单、成本较低；2、具有可调控的带隙；3、平衡的电子空穴迁移率、高的量子发光效率和较大的缺陷容忍度；4、可制成半透明电池或柔性电池，易于与其它器件集成，应用场景大大拓宽。因此，钙钛矿太阳能电池及相关材料已成为光伏领域的一个重要研究方向，目前获得了22.1％的认证效率，应用前景广阔。

目前钙钛矿太阳能电池普遍采用的结构主要有三种：平板型、介孔型和反式结构。反式结构的突出特点是滞后较小或者没有滞后，但是效率相对不高。正式结构的平板型钙钛矿电池滞后较大，虽然采用富勒烯、SnO₂等材料为空穴阻挡层后滞后减小或消除，但是电池效率还没能超过介孔型结构。介孔型结构的钙钛矿太阳能电池在滞后消除和效率方面目前具有优势，但是电池结构中需要一层独立的介孔层。一方面，介孔层的制备工艺往往要在较高温度下(如500℃)烧结处理，阻碍了其在塑性基底上制备柔性钙钛矿太阳能电池。另一方面，电池滞后的消除情况依赖钙钛矿晶粒在介孔层中的填充情况，若填充不充分，滞后很难完全消除。此外，对于基于以上结构的电池，钙钛矿ABX₃薄膜的制备方法对其薄膜形貌、电荷迁移率、电子寿命及光电转换性能影响较大。例如，目前文献中报道的一步溶液法、两步溶液法、气相沉积法和气相辅助溶液法等制备方法，均是以获得平整致密的钙钛矿薄膜为目标。若所制备薄膜针孔状缺陷较多，易造成薄膜中电荷的复合，严重影响薄膜的性能。这不但增加了钙钛矿薄膜的制备难度，而且不利于规模化制备和成品率控制。CN104201284 A公开了一种基于钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池的集成太阳电池，所述集成太阳电池自下而上依次包括透明电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、有机物共混层、任选地空穴阻挡层以及金属电极，其中，所述有机物共混层是指体异质结太阳电池给体材料和受体材料的混合膜，给体材料是应用于体异质结太阳电池的光学带隙小于1.5eV的共轭聚合物或/和小分子，优选PDPP3T、PMDPP3T、PDPPBTT或PDTP-DFBT中的任意一种或者至少两种的混合物。该电池结构为钙钛矿太阳电池和体异质结太阳电池的叠层电池，主要活性材料钙钛矿材料并未作为电子给体而形成体异质结的结构。

发明内容

本发明旨在解决目前采用公开报道的电池结构及制备方法的不足，提出了一种新的基于体异质结钙钛矿薄膜的电池结构及其实现方法，该电池结构不需要独立的介孔层，即可达到介孔型钙钛矿太阳能电池的性能，并且该类型钙钛矿薄膜及电池的制备方法简单，所组装电池的重现性高。

在此，本发明提供一种体异质结钙钛矿薄膜，所述体异质结钙钛矿薄膜包括：

体异质结层，所述体异质结层包括作为电子给体材料的钙钛矿多晶薄膜、和位于所述钙钛矿多晶薄膜的晶界位置的电子受体材料；以及

位于所述体异质结层表面的钙钛矿薄膜层。