[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。在阴极基底上旋涂五氯化铌与水反应生成的氧化铌水合物溶液，制备厚度为40～200纳米的氧化铌薄膜，形成钙钛矿太阳能电池的电子传输层；在电子传输层上依次制备钙钛矿吸光层、空穴传输层以及收集空穴的金属阳极，得到钙钛矿太阳能电池。本发明利用溶液法制备氧化铌电子传输层的方法，具有工艺简单、易于调控的特点，制备的氧化铌薄膜均匀、平整、致密，可实现大规模及卷对卷生产工艺；同时，制备氧化铌电子传输层的过程在低温下进行（≤150°C），无需高温煅烧，适合于采用柔性衬底制备钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机——无机金属卤化物钙钛矿材料凭借其在可见光范围中较高的吸光系数、较低的激子结合能以及较长的载流子扩散长度（大于1微米）等优异性质得到广泛关注和研究。基于此类材料的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去几年内突飞猛进，如今已高达22.1%。另外，钙钛矿太阳能电池具备可溶液法制备特点，可极大地降低生产成本，成为一类极具前景的太阳能电池。

现今，高效的钙钛矿太阳能电池通常采用氧化钛作为电子传输层，但是在氧化钛制备的过程中需要高温（500℃）煅烧以获得优异的电子传输能力。显然，高温处理会引起更多的能源消耗，而且阻碍了电池在柔性基底上的应用，极大地限制了钙钛矿太阳能电池的推广应用。因此开发一种低温制备的电子传输材料对钙钛矿太阳能电池的发展尤为重要。

五氧化二铌（简称氧化铌）是一种典型的N型半导体材料，具有与氧化钛类似的光学带隙、能级位置和电荷传输特性，以及优异的化学稳定性。因此，氧化铌被认为是一种潜在的可以代替氧化钛作为钙钛矿太阳能电池电子传输层的材料。现今，在钙钛矿太阳能电池中，制备氧化铌薄膜主要采用磁控溅射和溶胶——凝胶法，其中磁控溅射制备时需要依赖专业且精密的仪器及真空环境，这样使得氧化铌薄膜的制备工艺复杂，成本提高，也限制了钙钛矿太阳能电池卷对卷生产和印刷制备工艺的采用。溶胶——凝胶法以乙醇铌为前驱体，原料价格较昂贵，在氧化铌薄膜的制备过程中仍需要高温（500℃）煅烧，并且基于该工艺的钙钛矿太阳能电池光电转换效率很低（～12%）。因此，研发一种制备氧化铌电子传输层的新工艺，以实现高效的钙钛矿太阳能电池已迫在眉睫。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种工艺简单，成本低廉，适用于卷对卷生产和印刷工艺的低温溶液法制备高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案是提供一种钙钛矿太阳能电池，包括基底，阴极，电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层和阳极：所述电子传输层为氧化铌薄膜，薄膜厚度为40～200纳米。

本发明所述的一种钙钛矿太阳能电池，其阴极为氧化铟锡或掺氟氧化锡。

本发明技术方案还包括制备上述钙钛矿太阳能电池的方法，步骤如下：

1、将五氯化铌与水反应得到氧化铌水合物前驱体溶液，在阴极基底上旋涂前驱体溶液，再经退火处理，制备厚度为40～200纳米的氧化铌薄膜，形成电子传输层；所述前驱体溶液的浓度为0.4～0.9摩尔/升，旋涂转速为3000～7500转/分，退火温度为25～250℃；

2、在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液，采用氯苯诱导结晶方法制备钙钛矿薄膜，形成钙钛矿吸光层；

3、在钙钛矿吸光层上依次制备空穴传输层和金属阳极，得到钙钛矿太阳能电池。

本发明的一个优选的方案是，对步骤1得到的氧化铌薄膜进行紫外臭氧处理0～30分钟。

上述技术方案中，步骤1的退火处理时间可以是30～120分钟，退火温度优选为150℃。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：