[发明专利]一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，特别涉及一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

当前能源危机和环境污染已经成为全球共同关注的焦点。近几年来钙钛矿太阳能电池的出现引起了学术界和产业界的广泛关注。从2009年钙钛矿太阳能电池首次制备出来至今，其转化效率已经从3.8％(Journal of the American Chemical Society,2009,131(17):6050-6051.)迅速提升至22.1％(NREL)，逼近可商业化的水平。与硅、碲化镉、铜铟镓硒等无机太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池具有工艺简单、成本低廉的优势。另一方面，与有机、染料敏化、量子点太阳能电池等相比，钙钛矿太阳能电池的效率远远高于它们。因此，钙钛矿太阳能电池兼具了无机太阳能电池高效率和有机太阳能电池低成本的优势，成为了最有发展潜力的太阳能电池技术。

目前钙钛矿太阳能电池除了面临稳定性差的严峻挑战(Nature Energy,2016,1:15015.)，电池扫描过程中出现的滞回效应也是另外一个亟待解决的问题(J.Phys.Chem.Lett.2014,5,1511.)。很多实验证明了迟滞效应主要由钙钛矿光敏层中的离子迁移效应引起的(Nat.Mater.2015,14,193-198.EnergyEnviron.Sci.2015,8,995-1004.)，提高钙钛矿晶体的结晶度(J.Phys.Chem.Lett.2014,5,2927-2934.)，钝化晶界(Nat.Commun.2015,6,7081.)，采用倒置平面异质结结构(Energy Environ.Sci.2014,7,2359-2365.)都可以减小电池扫描滞回曲线，但是滞回效应依旧存在。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述背景技术的不足，提供一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池，以降低滞回效应。

本发明涉及的一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括：导电衬底、空穴传输层、钙钛矿光敏层、电子传输层以及背电极。所述钙钛矿光敏层的材料化学式为(A1)_1-x1-x2(A2)_x1(A3)_x2B(X1)_3-y1-y2(X2)_y1(X3)_y2，其中A1、A2为甲胺、甲脒或铯中的一种，A3为牛磺酰胺，B为铅、锡、铜、锗中的一种，X1、X2、X3为I^-、Cl^-、Br^-、BF₄^-、PF₆^-、SCN^-中的一种；x₂为牛磺酰胺盐酸盐的掺杂量，0≤x₁<1，0.01≤x₂≤0.1，0<x₁₊x₂<1，0<y₁<3，0≤y₂<3，0<y₁+y₂<3。

所述钙钛矿光敏层由掺杂牛磺酰胺盐酸盐ASCl的钙钛矿前驱体溶液旋涂退火制成。微量的牛磺酰胺盐酸盐可以连接晶粒、钝化界面层从而减少激子复合和晶体缺陷。基于其制备的钙钛矿太阳能电池具有较低的成本，制备方法工艺简单，能够进行规模化生产。

作为一种优选方式，本发明所述的导电衬底厚度为150-200纳米，空穴传输层厚度为30～40纳米；所述钙钛矿光敏层的厚度为300～350纳米；所述电子传输层的厚度为40～50纳米；所述背电极的厚度为100～120纳米。

进一步，所述导电衬底为包括但不限于ITO、FTO、超薄金属中的任一种。

进一步，所述空穴传输层为包括但不限于PEDOT:PSS、CuSCN、CuI、NiO_x中的任一种。

进一步，所述电子传输层为包括但不限于富勒烯衍生物PCBM、TiO₂或ZnO。

进一步，所述背电极为金、银、铝电极、银纳米线或导电高分子薄膜。

进一步，所述一种离子掺杂的钙钛矿太阳能电池的制造方法，步骤如下：

1.在导电玻璃层上旋涂一层空穴传输层-PEDOT:PSS，在120℃条件下退火备用；