[发明专利]一种适于生产的低成本高稳定性太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，特别是一种适于生产的低成本高稳定性太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前，由于在商用太阳能电池市场上占主导地位的硅太阳能电池仍不能满足低成本的要求，人们一直在探索满足高效率和低成本要求的新型太阳能电池。自2009年以来，具有钙钛矿晶体结构的有机金属卤化物为吸光层的太阳能电池(钙钛矿太阳能电池)近年来获得了较快的发展，有希望成为具有市场潜力的高效率、低成本太阳能电池。


中国发明专利CN 104465994 A公开了一种基于全涂布工艺的钙钛矿太阳能电池的制备方法，涉及太阳能电池。提供可实现低成本、 高效率、产业化的一种基于全涂布工艺的钙钛矿 太阳能电池的制备方法。1) 在透明导电基底上采 用涂布工艺依次制备电子传输层、钙钛矿活性层、 空穴传输层 ；所述涂布工艺采用slot-die涂布或喷雾式涂布 ；2) 在空穴传输层上涂布顶电极，所 述涂布采用丝网印刷和刮刀涂布。解决了蒸镀以及印刷贵重金属电极的工艺及成本问题，还解决了涂布高温碳浆可能导致的对钙钛矿层的破坏。 采用一步退火的方法，即涂布完所有的功能层后 在 70 ~ 150°C下进行退火。该发明简化了制作工艺，不过并没有提及光电转化率。

钙钛矿太阳能电池最近备受关注。中国发明专利CN 104953031 A公开了一种钙钛矿型太阳能电池。该钙钛矿型太阳能电池在基板 (1) 上,包括 :第一电极 (2) ; 电子传输层 (3、4),含有电子传输性化合物,设在 上述第一电极 (2) 上 ;钙钛矿化合物层 (5),含有 钙钛矿化合物,设在上述电子传输层 (3、4) 上 ;空 穴传输层 (6),含有空穴传输化合物,设在上述钙 钛矿化合物层 (5) 上 ;以及第二电极 (7),设在上 述空穴传输层 (6) 上 ;上述钙钛矿型太阳能电池 的特征在于 :上述钙钛矿化合物用化学式 XαYβMγ 表示,在上述化学式中,X 为卤素原子,Y 为烷基胺 化合物,M 为含有铅和锑的混合物,α ∶ β ∶ γ 的比例为 3 ∶ 1 ∶ 1。

中国发明专利CN 104576932 A公开了一种双层纳米介孔电子传输层的 钙钛矿光伏电池及其制备方法。该电池由导电衬底、双层结构的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成。本发明的优点是:该钙钛矿光伏电池采用一步法低温生长的SnO2作为电子传输层,取代了两步法高温烧结的TiO2电子传输层,极大简化了制备流程。这种一步法低温制备的介孔钙钛矿光伏电池取得了13.82%的光电转换效率,同时有效的降低了制作成本。该钙钛矿光伏电池的介孔结构相比平面结构更易于钙钛矿吸光材料的附着,且 SnO2对钙钛矿吸光层的分解作用比TiO2较弱,提高了电池的性能与稳定性。该发明能够促进柔性太阳能电池的发展及推广,并进一步推进钙钛矿太阳能电池的工业化应用。

上述发明逐步将钙钛矿太阳能电池向产业化不断推进，不过，目前还不能大规模生产。作为一种可以量产的太阳能电池片，不仅要求制备简单、成本低，更重要的是其产出－也就是光电转化效率要高。并且，由于当前钙钛矿电池对氧气敏感、缺陷较易形成，导致钙钛矿电池稳定性较差，寻找更高稳定的钙钛矿太阳能电池结构是人们一致努力的目标。

发明内容

发明目的：为了充分利用钙钛矿材料的性质，本发明提供了一种适于生产的低成本高稳定性太阳能电池及其制备方法。采用本发明的电池材料及其结构，能够大幅提高太阳能电池对光子的吸收及其转化效率，从而提高太阳能电池的光电转化效率，改善器件性能。


本发明的技术方案如下：

1) 采用导电玻璃作为透光／透明电极层； 


2) 制备吸光层：

a． 配制PbI2溶液， PbI2的浓度为0.5-3.0Mol/L， 溶剂为二甲基甲酰胺；

b．配制 CH3NH3I溶液：浓度5-10mg/mL， 溶剂为异丙醇；

采用溶液法原位合成钙钛矿材料 :先在电极上旋涂PbI2溶液，烘干后放入CH3NH3I 溶液中浸泡生长出钙钛矿材料，得到钙钛矿吸光层，然后在5个大气压以下进行压片处理。通过控制PbI2与CH3NH3I反应溶液的浓度，控制钙钛矿的形貌与厚度，厚度控制在20-100nm之间；

3）制备电子吸收层：

采用富勒烯衍生物的氯苯溶液旋涂于吸光层，烘干，得到电子吸收层，控制溶液的浓度与涂布厚度，使电子吸收层的厚度在30-150nm之间；

4）制备空穴传输层：