[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着地球上不可再生的煤、石油、天然气等化石能源的日渐枯竭以及由其大量使用所带来的环境问题愈加严重，太阳能作为一种取之不尽用之不竭的可再生清洁能源被广泛的开发和利用。其中，太阳能电池可以将太阳能直接转化为电能，是一种非常重要的太阳能利用方式。

太阳能电池根据光电活性材料种类的不同主要可以分为单质硅太阳能电池、无机化合物半导体太阳能电池以及有机或有机—无机杂化太阳能电池。其中，有机—无机杂化钙钛矿型太阳能电池具有材料成本低廉、制备工艺简单以及能量转化效率高等优点，近年来获得了科研工作者的广泛关注与研究。

钙钛矿材料不仅可以作为光吸收层，还可用作电子和空穴传输层，以此制备出不同结构的钙钛矿太阳能电池，其中最为常见的电池结构为：具有TiO₂骨架层的介观结构、具有平面异质结的平板结构以及有机结构。平面结构钙钛矿太阳能电池结构简单，制备简单，但是稳定性存在较大问题，同时光电转化性能相对较低，载流子的运输效率差，是向低温柔性高效太阳能电池发展的最大障碍。

为了对平面异质结电池进行改善，有人采用体相异质结结构，主要也是采用电子导体材料与钙钛矿共混，但是存在的问题是电子导体材料在钙钛矿中分布不均匀，不利于形成质量均一的钙钛矿薄膜层。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种具有梯度异质结结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，钙钛矿浅层部分与空穴导体材料形成的梯度异质结结构，可以缩短空穴的传输距离，提高载流子的运输能力，全面提高钙钛矿太阳能电池的性能。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池由下至上依次包括导电玻璃层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极层，所述钙钛矿吸光层浅层部分为梯度异质结结构。

优选的，所述梯度异质结由钙钛矿吸光材料和空穴导体材料组成，所述空穴导体材料梯度分布在所述钙钛矿材料浅层部分。

优选的，所述空穴导体材料选自PTAA、P3HT、CuI、NiOx、CuPc、C中的一种或多种。

更优选的，所述空穴导体材料选自PTAA、CuI、NiOx、CuPc、C中的一种或多种。

更优选的，所述空穴导体材料选择PTAA。

优选的，所述梯度异质结结构的制备方法包括以下步骤：(1)将钙钛矿前驱体溶液利用旋涂的方法制备前驱体膜，旋涂结束前将含有空穴导体材料的反溶剂滴加到所述钙钛矿前驱体薄膜上；(2)将所述钙钛矿前驱体薄膜退火结晶得到具有梯度异质结结构的钙钛矿薄膜。

所述钙钛矿薄膜的制备方法具体为：提供钙钛矿前驱溶液，将空穴导体材料溶解在反溶剂中得到混合液，将含有空穴导体材料的反溶剂滴到钙钛矿前驱体表面，空穴导体材料会在钙钛矿前驱体表面沉积，进入到钙钛矿前驱体的浅层中，得到钙钛矿前驱体薄膜，然后在一定温度下将钙钛矿前驱体薄膜进行退火结晶，在结晶过程中，空穴导体材料与钙钛矿形成梯度异质结结构，即得到了具有梯度异质结结构的钙钛矿薄膜。

优选的，所述反溶剂选自甲苯、氯苯、氯仿、乙醚中的一种或多种。

更优选的，所述反溶剂选自甲苯或氯苯。

优选的，所述步骤(1)反溶剂的滴加时间为离旋涂结束5～15s。

优选的，所述步骤(2)中退火结晶具体为将所述钙钛矿前驱体薄膜在80～200℃下退火5～60分钟，得到具有钙钛矿—空穴导体梯度异质结结构的钙钛矿薄膜。

更优选的，所述步骤(2)中退火结晶具体为将所述钙钛矿前驱体薄膜在100-150℃下退火20-40分钟。

本发明还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提供导电玻璃，在所述导电玻璃上旋涂电子传输层；(2)在所述电子传输层上旋涂钙钛矿前驱体层；(3)将含有空穴导体材料的反溶剂滴加到所述钙钛矿前驱体层上，得到钙钛矿前驱体薄膜；(4)将所述钙钛矿前驱体薄膜退火结晶得到具有梯度异质结结构的钙钛矿薄膜；(5)在所述钙钛矿薄膜表面旋涂空穴传输层；(6)在所述空穴传输层上蒸镀电极层，得到钙钛矿太阳能电池。

优选的，所述步骤(1)中导电玻璃由衬底材料和透明电极组成，所述衬底材料为玻璃或柔性塑料，所述透明电极为铟锡氧化物、氟锡氧化物或铝锌氧化物中的任意一种。