[发明专利]一种高效稳定的纯无机立方相钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效稳定的纯无机立方相钙钛矿太阳能电池及其制备方法。针对现有技术存在的无法获得纯立方相晶型的CsPbI₃薄膜的问题，本发明提出了一种通过在钙钛矿前驱液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)来制备CsPbX₃钙钛矿薄膜的通用方法，该方法可以保证CsPbX₃钙钛矿薄膜在常温下保持立方相晶型稳定，将该方法应用于钙钛矿光伏电池可以显著提高钙钛矿电池的稳定性和光电转换效率。

技术领域

本发明属于新材料技术领域及新能源技术领域，具体涉及一种高效稳定的纯无机立方相钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池凭借其优异的光电转换效率成为太阳能电池领域的新星，但是材料的热稳定性和湿度稳定性严重制约了其商业应用。因此，研究具有高稳定性的钙钛矿太阳能电池具有十分重要的意义。

相对于有机无机杂化钙钛矿材料，纯无机钙钛矿材料具有更出色的热稳定性和湿度稳定性，是制备高稳定性钙钛矿太阳能电池的理想材料。然而，理想的立方相钙钛矿(CsPbX₃，X为卤素原子)存在相不稳定性，尤其是最理想的光吸收材料CsPbI₃在常温下很容易由立方相向斜方相转变，极大地降低钙钛矿电池的光电性能。为解决该问题，有人利用Br^-取代I^-，虽然能在100℃左右稳定立方相的CsPbIBr₂，但是组成变化导致带隙变宽，太阳能转化效率还是不够高，如何在较低温度下将α-CsPbI3稳定在立方相，是全无机钙钛矿太阳能电池研究的一个难题。

发明内容

针对现有技术存在的无法获得纯立方相晶型的CsPbI₃薄膜的问题，本发明提出了一种通过在钙钛矿前驱液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)来制备CsPbX₃钙钛矿薄膜的通用方法，该方法可以保证CsPbX₃钙钛矿薄膜在常温下保持立方相晶型稳定，将该方法应用于钙钛矿光伏电池可以显著提高钙钛矿电池的稳定性和光电转换效率。

为实现上述发明目的，具体的，本发明涉及以下技术方案：

首先，本发明公开了一种高效稳定的纯无机立方相钙钛矿太阳能电池，依次包括：导电衬底、致密电子传输层、介孔电子传输层、无机钙钛矿光吸收层、有机空穴传输层、电极；

其中无机钙钛矿光吸收层为钙钛矿前驱液中加入聚乙烯吡咯烷酮(PVP)制备的CsPbX₃钙钛矿薄膜。

本发明优选的实施方案中，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的平均分子量为10000；优选的，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的用量与钙钛矿前驱液中有机溶剂的质量比为1:9-2:8。

优选的实施例中，无机钙钛矿光吸收层为CsPbI₃钙钛矿薄膜，其制备过程为：将聚乙烯吡咯烷酮溶解在二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的混合溶液中，CsI和PbI₂溶解于该混合溶液中得钙钛矿前驱体溶液，将钙钛矿前驱体溶液旋涂在介孔电子传输层上获得CsPbI₃钙钛矿薄膜。

本发明优选的实施方案中，导电衬底为透明导电衬底，优选为氟掺杂氧化锡(FTO)导电玻璃。

本发明优选的实施例中，致密电子传输层为致密二氧化钛电子传输层。

本发明优选的实施例中，介孔电子传输层为介孔二氧化钛电子传输层。

本发明优选的实施例中，电极为金/银对电极。

其次，本发明还公开了一种高效稳定的纯无机立方相钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括：

(1)处理导电衬底；

(2)制备致密电子传输层；