[发明专利]原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池及其方法

说明书

本发明公开了一种原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池及其方法，属于太阳能电池技术领域。在金属基底上通过化学刻蚀的方法形成一层多孔状形貌，利用加热氧化后形成了基底电子传输层一体化电极，然后依次沉积钙钛矿层和空穴传输层，最后蒸镀薄金作为电极。该钙钛矿太阳能电池可获得9.32％的光电转化效率，其中开路电压为0.89V，短路电流密度为18.11mA/cm²，填充因子为0.58。这种结构的钙钛矿太阳能电池利用廉价金属基底作为电极，降低了电池成本的同时简化电池的制备工艺，有利于钙钛矿太阳能电池的商业化发展。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池及其方法。

背景技术

目前，能源问题依旧是制约着社会发展的问题之一。环境污染、资源短缺是人类当前面临的难题。数据显示目前人类80％-85％的能源供给来自于传统的化石燃料。可再生能源因其具有可持续性、清洁环保等优点成为未来能源的发展方向，并受到人们的广泛关注。在诸如氢能、风能、潮汐能等众多清洁能源中，太阳能因其具有储量丰富、不受地域限制等优点被认为是当今最重要的新能源之一。

光电转化是当前利用太阳能的主要用途。利用一种半导体器件组装成太阳能电池，将光能转化成电能是对光能加以利用是一种非常理想的转化途径。2012年，全固态有机-无机复合钙钛矿太阳能电池[Perovskitesolarcells,PSCs]开辟了一个太阳能电池的崭新时代[Science,2012,338:643-647.]，在短短几年里，其电池效率从开始的3.8％突破到现在的22.1％，[小时ttp://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency_c小时art.jpg]展示出了非常好的应用前景，这类电池具有能带适中、光吸收强、载流子迁移率高等优点，因此吸引了越来越多的研究者关注[2013106514184，2013106505058]。2013年钙钛矿太阳能电池被Science杂志评为当年10大科学突破之一[Science,2013,342,1438-1439]。

传统钙钛矿的主要结构是FTO/TiO₂致密层/TiO₂多孔层/CH₃NH₃PbI₃/Spiro-MeOTED/金属电极。FTO导电玻璃、TiO₂致密层、TiO₂多孔层等电子传输层的价格昂贵，并且制备工艺复杂，限制了钙钛矿太阳能电池的产业化发展。

在解决基底昂贵方面，一些科研工作者开展如下工作，例如，复旦大学制备了一种线状钙钛矿太阳能电池，他们在不锈钢丝、钛丝上制备了钙钛矿太阳能电池，可以编制到衣物上，但是这种丝状金属基底电池受光面积只有一半，限制了其效率[2014102561867，CN201510653640.7，CN201610270624.4]。盛传详等在不锈钢基底上制备了钙钛矿太阳能电池，利用20nm的薄银作为背电极，获得0.885％的光电转化效率[CN201510975591.9]，这种电池同样需要旋涂致密层和多孔层材料没有达到简化电池结构的效果。在简化电池结构方面，许多专利发明了无空穴传输层结构[2015106293458，2015207602717]来优化电池结构。

本发明利用原位制备钙钛矿太阳能电池的致密层、多孔层，一步实现基底电子收集层一体化制备，在降低电池成本的同时也优化了电池结构。所以我们设计的新型钙钛矿太阳能电池有很高的商业发展前景。

发明内容

结合图1，本发明的目的是提供一种原位制备基底、致密层、多孔层一体化式钙钛矿太阳能电池，并提供实例验证该方法的可行性。

本发明的技术方案：