[发明专利]有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池

说明书

本发明涉及一种有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池，所述钙钛矿吸光层由以下方法制备：将双端基取代烷烃类高沸点溶剂及极性低沸点溶剂作为复合添加剂，与金属无机物、有机胺等钙钛矿前驱体材料在强极性溶剂中共混形成钙钛矿吸光层涂布液，涂布干燥后得到钙钛矿薄膜。本发明所采用的两种添加剂与极性有机溶剂的沸点呈阶梯分布，可提高前驱体材料溶解性并改善涂布时的界面能，通过对复合添加剂添加条件的控制，可调节钙钛矿薄膜的结晶成核速率，形成均匀致密、低粗糙度的钙钛矿薄膜，降低载流子复合，提高电池的光电转换效率及稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池。

背景技术

有机无机杂化钙钛矿太阳能电池近年来展现出优异的光电性能和巨大的潜力。随着钙钛矿太阳能电池制备技术的发展，有文献报道该类钙钛矿型太阳能电池的认证效率已高达22.1％。

钙钛矿吸光层结晶质量及其与电极修饰层间的界面控制对电池的光电性能至关重要，直接影响着电池的转换效率和稳定性。钙钛矿吸光层的制备方法主要有液相法、气相辅助液相法、气相共蒸发沉积法等。液相法因无需高温高真空制程、工艺简单、适合大面积工业化生产,是目前制备钙钛矿吸光层的主要方法。然而，目前采用液相法制备钙钛矿吸光层薄膜时，仍面临钙钛矿薄膜成核、结晶过程难以控制以及由此带来的晶粒尺寸小、缺陷多、表面覆盖率低等技术难题。

为了调控钙钛矿吸光层薄膜的成核、结晶及生长过程，提高膜层的均匀性、改善结晶质量，已经有许多种技术被报道。其中掺杂添加剂法因工艺简单、适用性广而成为一种常用手段。一般是在钙钛矿前驱体溶液中掺杂某一类型的添加剂，例如：添加溶剂4-叔丁基吡啶、无机酸次磷酸、聚合物材料PEG、含氯化合物NH₄Cl等。但添加剂法还存在以下问题：

1)采用溶剂型添加剂调控钙钛矿成膜时，多采用一种添加剂，无法对添加剂挥发时机进行精确控制，导致制备的钙钛矿薄膜缺陷多、粗糙度大。

2)采用聚合物型、无机酸型、含氯化合物型等添加剂，虽然可在一定程度上改善钙钛矿层结晶质量，但这些类型添加剂在加热退火过程中不挥发，会残留在钙钛矿材料中，影响电子-空穴对的传输。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题和不足、提供一种有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池,它通过在钙钛矿前驱体溶液中加入复合添加剂改善钙钛矿吸光层成膜质量，提高电池转换效率及稳定性。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池，所述的钙钛矿薄膜太阳能电池包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明电极、电极修饰层、钙钛矿吸光层、电极缓冲层和对电极，所述的钙钛矿吸光层由以下方法制备：

将钙钛矿前驱体材料(金属无机物和有机胺)均匀分散于极性有机溶剂中，再先后加入极性低沸点溶剂和双端基取代烷烃类高沸点溶剂作为复合添加剂，配制成钙钛矿吸光层涂布液；将所述的钙钛矿吸光层涂布液通过刮涂法、旋涂法、喷涂法、喷墨打印法沉积在电极修饰层表面，干燥退火形成均匀致密、低粗糙钙钛矿吸光层。

将钙钛矿前驱体材料和有机溶剂的混合液，先在室温下添加极性低沸点溶剂，反应5-12h；然后在50-70℃下，添加双端基取代烷烃类高沸点溶剂，反应时间为5-90min，优选10-40min，得到钙钛矿吸光层涂布液。

上述有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池，所述的钙钛矿吸光层薄膜退火温度为70-100℃，退火时间为10-180min，优选30-60min。

上述有机无机杂化钙钛矿薄膜太阳能电池，所述的钙钛矿吸光层涂布液的组成及质量份数为：