[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

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

随着经济的快速发展，人类对能源的需求与日俱增，能源与环境的问题己成为当今世界的焦点问题。世界的政治经济关系与这两个问题关系密切。当前，可持续、环境友好型能源备受关注，其中光伏产业发展迅猛。

自Miyasaka2009年首次报道了使用卤化物钙钛矿作为小型光伏器件的吸光层后，卤化物钙钛矿以其极其低廉的成本和相对较高的光电转换效率引起了学界了广泛的注意。为了提高这类太阳能电池的光电转换效率，人们通过不懈地努力，不断引入新的高效材料，同时改进和开发新的器件制备技术，从而达到改进材料本身的结构以期提高此类太阳能电池的光电转换效率。

由于碘铅甲胺钙钛矿材料需要达到较高的厚度才会有较高的光吸收效率，而此种材料本身无法在导电玻璃基底上形成厚度较厚的膜层，因此提高碘铅甲胺钙钛矿层的厚度成为一个钙钛矿电池提高转换效率的主要手段。

二氧化钛（TiO₂）作为一种稳定的宽禁带半导体材料，由于其化学稳定性高、无毒性、价廉、光催化活性高和高的光电转化效率高等，被广泛应用于光电转化材料、光催化材料、介电材料、气敏材料、涂料等领域。

发明内容

本发明的目的之一在于根据现有技术的不足，提供一种二氧化钛纳米棒基底的低成本钙钛矿太阳能电池，本发明通过增加钙钛矿材料层的厚度来提高钙钛矿太阳能电池的光吸收效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种钙钛矿太阳能电池，包括透明电极层和设置在透明电极层上的碳对电极，所述的透明电极层和碳对电极形成的容腔内设置有位于透明电极层上的碘铅甲胺钙钛矿层，所述的碳对电极与碘铅甲胺钙钛矿层之间设置有氧化锆间隔层，所述的碘铅甲胺钙钛矿层由二氧化钛骨架层和包裹在二氧化钛骨架层上的碘铅甲胺吸光层构成，所述的二氧化钛骨架层包括垂直排列在透明电极层上的多根二氧化钛纳米棒。

所述的透明电极层采用导电玻璃，所述的碳对电极采用石墨或/和炭黑材料。

所述的导电玻璃采用锢锡氧化物(ITO，Indium Tin Oxides）、氟锡氧化物（FTO， fluorinedoped tin oxide）或铝铮氧化物（AZO，aluminium-doped zinc oxide）。

所述的二氧化钛纳米棒骨架层厚度为0.5—1.2um。所述的氧化锆间隔层的厚度为200—400nm。所述的碳对电极的厚度为1—2um。

本发明的目的之二在于提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法。包括以下步骤：

a）采用经过沟槽刻蚀的导电玻璃作为透明电极层；

b）采用液相外延生长法生长不同长度的二氧化钛纳米棒骨架层；

c）采用刮涂后退火的方法制备氧化锆间隔层；

d）制备碳对电极；

e）配置碘铅甲胺吸光层用溶液；

f）制备碘铅甲胺吸光层，使碘铅甲胺吸光层与二氧化钛纳米棒骨架层进行结合制备碘铅甲胺钙钛矿层。

更进一步，步骤f）中所述的制备碘铅甲胺吸光层包括以下两种方法：

f1）滴涂法制备碘铅甲胺吸光层

采用丁内酯作为混溶溶剂同时溶解相同摩尔量的碘化铅和碘化钾胺，并从碳对电极的上方均匀滴入完全渗透至下层二氧化钛纳米棒骨架层；

f2）连续沉积法制备碘铅甲胺吸光层

采用二甲基甲酰胺作为溶剂溶解碘化铅，并从碳对电极的上方均匀滴入完全渗透至下层二氧化钛纳米棒骨架层之后，再浸入碘化钾胺的异丙醇溶液中。

步骤d）中制备碳对电极的方法为：

将碳浆料使用丝网印刷机印刷于氧化锆间隔层的表面，然后使用高温热台将温度调制450℃以烧结碳对电极，碳对电极的厚度为1—2um。

本发明的有益效果是：

1，采用本发明公开材料与结构，能够充分利用钙钛矿材料的性能，并挖掘其潜能，形成介观异质结，充分吸收太阳光能并提高其转化率，其转化效率可达18% 以上。

2，本发明采用极其新颖的多层骨架层结构，通过给予钙钛矿层接近其载流子分离长度极限的层厚来极大地提升其光吸收效率，同时创新的引入了多空的碳对电极能够让电池有一定的机械强度；采用氧化锆间隔层，确保了上下电极间不产生电学接触；采用碳对电极，对整个电池结构起到了十分良好的保护作用，同时作为电池背面避免了背向光照。