[发明专利]一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法

说明书

本发明涉及一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法，在空穴传输层的溶液中添加DMSO溶液(溶解钙钛矿前驱体物质的溶剂)，后经旋涂法制得空穴传输层。由于DMSO中的氧原子含有孤对电子，可通过静电相互作用有效地结合钙钛矿晶界处裸露的未成键的CH₃NH₃⁺，改善钙钛矿晶体的结晶质量，进而提高钙钛矿薄膜的光吸收能力；另由于DMSO可以溶解钙钛矿薄膜，则部分空穴传输材料就会渗透在钙钛矿层的表面形成一层钙钛矿和空穴传输材料相互渗透的混合层，使得这两层之间接触更加紧密，避免了层层之间存在空洞、针眼等不良接触现象的出现。综上所述，DMSO添加到HTM中同时完成了对钙钛矿成膜质量和层层之间接触情况的改善，有效地提高了PSCs的光电性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池器件领域，涉及一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法，特别涉及一种室温下采用一步法获得钙钛矿太阳能电池(PerovskiteSolar Cells,PSCs)及其制备方法。

背景技术

能源不足和环境污染已成为制约当今社会经济发展的重要因素，以一种清洁的可再生能源-太阳能为依托发展起来的太阳能电池被认为是解决能源短缺和环境污染等问题的重要发展方向。然而，现阶段的太阳能电池仍然面临转换效率低，生产成本高等难以应用于实际生产等问题。钙钛矿太阳能电池由于其卓越的光电性能和较低的生产成本引起了众多研究者的广泛关注，被认为是光伏产业的“明日之星”。

常规平面异质结钙钛矿太阳能电池的结构由ITO(FTO)电极，电子传输层，钙钛矿光吸收层，空穴传输层和金属电极组成。然而，钙钛矿薄膜的结晶质量和不同膜层之间的结合情况(例如光吸收层和空穴传输层之间)作为两个相对独立的因素直接影响钙钛矿太阳能电池的关键参数开路电压(V_oc)，短路电流密度(J_sc)，填充因子(FF)和能量转换效率(PCE)，严重制约了钙钛矿太阳能电池效率的提升及商业化进程。因此，我们很有必要开发一种简单的制备技术，同时完成对钙钛矿成膜质量和层层之间接触状况的改善，以期获得高效率的钙钛矿太阳能电池。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法。

技术方案

一种高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池，包括自下而上依次叠加的电子传输层4、钙钛矿层3、混合层2和空穴传输层1，以及电子传输层4下面的氧化铟锡导电玻璃，空穴传输层1上的Au金属薄膜背电极；其特征在于：在钙钛矿层3与空穴传输层1之间形成了混合层2；所述混合层2为部分空穴传输材料渗透在钙钛矿层的表面形成的，厚度为50-60纳米；所述电子传输层4为TiO₂，厚度为50-70纳米，所述空穴传输层1为spiro-OMeTAD，厚度为200-300纳米；所述钙钛矿层3厚度200-350 纳米。

一种制备所述高效率平面异质结钙钛矿薄膜太阳能电池的方法，其特征在于步骤如下：

步骤1、处理ITO玻璃：将清洗后的ITO玻璃相继在去离子水、无水乙醇和丙酮中各自超声处理10-15min后采用氮气吹干，再UV处理15-20min；

步骤2、旋涂电子传输层：将TiO₂溶液在ITO玻璃上以4000转/分钟的速率旋涂 60秒，接着在空气中120-150℃下退火10-15min，冷却至室温，得到致密的TiO₂层；

步骤3、旋涂钙钛矿光吸收层：将具有致密的TiO₂层的ITO玻璃置于手套箱内，将钙钛矿前驱体溶液滴在TiO₂层上，以3000转/分钟的速率旋涂60秒，在旋涂进行到20秒时添加氯苯溶液，旋涂完成后在80-100℃下加热10-15min，得到钙钛矿薄膜光吸收层；