[发明专利]一种无铅钙钛矿太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于光电器件技术领域，具体涉及一种无铅钙钛矿太阳能电池。

背景技术

由于化石能源的不可再生性、使用时的环保及温室效应问题，太阳能电池器件得到了广泛关注。但是，现有的硅系太阳能电池由于成本高，成为阻碍普及的要因。近几年来，基于铅钙钛矿材料作为吸光材料的钙钛矿太阳能电池取得了飞速的发展，太阳能电池器件的效率达到了20%以上，具有一定的商业应用价值。

铅钙钛矿太阳能电池可分为多孔结构和平面结构两种，平面结构以透明电极又分为平面p-i-n 结构和平面n-i-p 结构。由于平面结构制备工艺简单，非常适合薄膜太阳能电池的应用。其中平面n-i-p 铅钙钛矿太阳能电池的基本结构是透明导电衬底（FTO）/ 电子传输层/ 铅钙钛矿层/ 空穴传输层/ 金属电极（Au）。

器件中钙钛矿层材料对光生载流子的产生和载流子传输到相应的载流子传输层起到了重要的作用。目前高效率的钙钛矿太阳能电池中钙钛矿材料一般是含有二价铅离子的三元卤化物半导体，由于铅元素的毒性，这一类太阳能电池在寿命结束后的处理将是一个环保的大问题。因此，寻找无毒环保钙钛矿材料是发展这类太阳能电池的迫切命题。

目前钙钛矿太阳能电池中的另一个急需解决的问题是器件的使用寿命问题，除了钙钛矿材料本身对水氧敏感外，为了提高效率，空穴传输层材料一般使用掺杂的有机小分子化合物, 如2, 2, 7, 7’- 四 [N,N- 二 (4- 甲 氧 基 苯 基 ) 氨 基 ]-9, 9’- 螺二 芴（Spiro-OMeTAD），这类有机材料对热的耐受性一般较弱，对长时间连续在强烈阳光照射下的使用不可避免的具有劣势。因此，提高空穴传输层热稳定性是钙钛矿太阳能电池发展的另一个重要课题。

同样为了有效的从空穴传输层中收集空穴载流子，钙钛矿的金属电极多数使用具有高功函数的贵重金属如银、铂和金等来作为与空穴传输层连接的电极。这类电极的成本对钙钛矿太阳能器件的应用也是一个不可忽略的影响因素。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的是解决现有钙钛矿太阳能电池存在的钙钛矿材料的铅元素毒性、空穴传输层热稳定性差、金属电极成本高的技术问题，提供一种新型全无机无铅钙钛矿太阳能电池器件。

技术方案： 一种无铅钙钛矿太阳能电池，在基板上包括由下至上依次设置的第一电极、第一载流子传输层、无铅钙钛矿化合物层、第二载流子传输层和第二电极；

所述无铅钙钛矿化合物层由钙钛矿化合物制成，该钙钛矿化合物的化学式为ABX_3-nY_n，其中，0≤n≤3，A为正一价阳离子，B为非铅的正二价金属离子，X、Y选自F^-1，Cl^-1，Br^-1或I^-1；

所述第一电极为透明导电电极，第二电极为不透明金属电极；

所述第一载流子传输层、第二载流子传输层由具有电子传输特性的n型金属化合物或具有空穴传输特性的p型金属化合物制成。

进一步地，所述无铅钙钛矿化合物层的厚度为30-1000nm。

进一步地，所述透明导电电极选自ITO，AZO或FTO中的一种。

进一步地，所述不透明金属电极由铝、铜、钼、钨、镁、锌、钴、镍或铁中的一种或几种制成。

进一步地，所述具有电子传输特性的n型金属化合物为氧化锌、氧化锡、氧化钛、氧化铝、氧化铌、氧化钇、锡酸锌或钛酸钡中的一种或几种。

进一步地，所述具有空穴传输特性的p型金属化合物为碘化亚铜、硫化钼、氧化钼或氧化钨中的一种或几种。

进一步地，所述透明导电电极为AZO或FTO，所述第一载流子传输层为电子传输层、由具有电子传输特性的n型金属化合物制成，所述第二载流子传输层为空穴传输层、由具有空穴传输特性的p型金属化合物制成。

进一步地，所述透明导电电极为ITO，所述第一载流子传输层为空穴传输层、由具有空穴传输特性的p型金属化合物制成，所述第二载流子传输层为电子传输层、由具有电子传输特性的n型金属化合物制成。

进一步地，所述电子传输层的厚度为10-500nm。

进一步地，所述空穴传输层的厚度为20-1000nm。

有益效果：

1. 使用无铅钙钛矿活性材料，避免了器件失效后回收的环保问题；

2. 对于空穴传输层使用无机的金属化合物半导体，解决了使用有机半导体空穴传输材料的耐热性问题；