[发明专利]钙钛矿-纳米锗颗粒有机-无机复合太阳能电池的制备

说明书

本发明公开了一种基于钙钛矿‑纳米锗颗粒的有机‑无机复合太阳能电池制备方法，所述方法包括：在导电玻璃上制备二氧化钛电子传输层；通过PECVD法制备锗纳米颗粒；采用纳米锗颗粒‑甲基碘化铵‑氯化铅‑二甲基甲酰胺混合前驱液；采用超声喷涂法在电子传输层上制备钙钛矿‑纳米锗颗粒复合活性层；在钙钛矿‑纳米锗颗粒复合活性层上沉积P型有机导电层；在P型有机导电层上沉积金属电极层。嵌入到钙钛矿晶格网络的纳米锗颗粒可以拓展钙钛矿太阳电池的长波响应范围，同时被钙钛矿网络钝化的纳米锗颗粒可以为载流子的输运提供并联传输通道；超声喷涂法可以提高原材料的利用率，提高大面积均匀性，适合工业化生产的要求。

技术领域

本发明属于光伏技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳电池制备方法。

背景技术

回顾太阳能电池的发展历程，钙钛矿太阳能电池经历了短短几年的时间就从最初3.8%效率到如今20%以上的效率，其灵活多样的器件制备过程以及较低的制备成本，使钙钛矿电池的研究成为了目前光伏领域的研究热点。

目前，基于钙钛矿活性层的光伏器件效率一直维持在20%左右，为了进一步的提升器件的效率很多课题组尝试了紫外臭氧处理、引入修饰层等改进手段，然而效果并不是很理想，其中一个很主要的原因在于钙钛矿太阳能电池的长波段光吸收系数能力较差。例如，高效钙钛矿太阳电池普遍采用的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x吸收层材料，其带隙为1.5eV，无法有效吸收利用波长大于825nm的长波段太阳光，使其短路电流密度难以大幅提高；另一方面，目前实验室常见的钙钛矿太阳能电池制备工艺主要采用旋涂、浸涂等方法，然而这些工艺方法都不能很好的适应大面积工业化的生产要求。对于旋涂法而言，首先无法保证成膜的大面积均匀性，另一个无法回避的问题就是原材料的浪费，已有实验表明反应前驱液在高速旋甩的过程中损失会高达90%。对于浸涂法而言，其明显的缺陷就是当衬底从前驱液中提拉上来的过程中会因重力等因素造成薄膜厚度不均匀。因此，开发低成本、大面积的制备方法，成为当前钙钛矿太阳电池研发过程中亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的：针对以上提出的问题，我们提出在钙钛矿太阳能电池的CH₃NH₃PbI_3-xCl_x活性层中添加窄带隙的锗纳米颗粒作为第二组分来提升器件的长波段光吸收以及响应范围。其次，提供一种超声喷涂的太阳电池制备方法，在降低太阳电池成本的同时还能有效适用于大规模生产工艺及商业化要求。

本发明的技术方案：本发明实施例提供了一种钙钛矿-纳米锗颗粒的有机-无机复合太阳能电池的制备方法及钙钛矿-纳米锗颗粒的有机-无机复合太阳能电池，以提高原材料的利用率。

本发明提供了一种有机-无机复合太阳能电池的制备方法，所述方法包括：（1）在掺氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃上制备二氧化钛(TiO2)电子传输层；（2）采用超声喷涂方法在所述电子传输层上喷涂制备钙钛矿-纳米锗颗粒复合活性层；（3）在所述复合活性层上沉积一层P型有机导电层；（4）在所述P型有机导电层上沉积金属电极层。所述钙钛矿-纳米锗颗粒复合活性层采用纳米锗颗粒-甲基碘化铵(CH₃NH₃I)-氯化铅(PbCl2)-二甲基甲酰胺(DMF)混合溶液作为前驱液；所述钙钛矿-纳米锗颗粒复合活性层由纳米锗颗粒和CH₃NH₃PbI_3-xCl_x组成，其中纳米锗颗粒嵌入CH₃NH₃PbI_3-xCl_x的晶格网络中，纳米锗颗粒在所述钙钛矿-纳米锗颗粒复合活性层中的体积百分比为20-40%。所述纳米锗颗粒采用平行板电容耦合等离子体增强化学气相沉积法制备。所述纳米锗颗粒的直径为5-8nm，其内部结晶成分占纳米锗颗粒的体积百分比为20-90%。

本发明工作原理：