[发明专利]一种基于混蒸工艺的具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于混蒸工艺的具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池技术领域，本发明的钙钛矿太阳能电池包括从下往上依次设置的光反射层、透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极层，钙钛矿吸光层包括由共混蒸镀工艺制备的若干具有不同能带宽度的钙钛矿多晶膜，若干钙钛矿多晶膜水平并列排布，本发明的制备方法采用共混蒸镀工艺，将不同能带宽度的钙钛矿层水平排布，获得具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池，不仅能够克服各功能层之间的界面问题，还能够从一定程度上提高器件的开路电压，使得器件性能得以提升。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，更具体的是涉及一种基于混蒸工艺的具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，能源危机和环境污染问题已经成为全球共同关注的焦点，作为第三代太阳能电池——钙钛矿太阳能电池的出现，以其优越的材料特性引起了学术界和产业界的广泛关注。从2009年钙钛矿太阳能电池首次由Miyasaka教授及其课题组制备出来至今，其能量转换效率已从最初的3.8％(Journal of the American Chemical Society,2009,131(17):6050-6051.)提升至如今的22.1％(NREL)，已与传统的硅基太阳能电池的性能相媲美，不断逼近可商业化的水平。相比于传统的硅基、碲化镉、铜铟镓硒等太阳能电池，钙钛矿太阳能电池具有工艺简单、成本低廉、可柔性化大面积制备的优点；另一方面，相比于第二代太阳能电池(主要包括有机、染料敏化、量子点太阳能电池)，钙钛矿太阳能电池的能量转换效率远远高它们，因此，钙钛矿太阳能电池结合了第一代太阳能电池和第二代太阳能电池的优点及特点，成为了目前最具市场潜力的新型太阳能电池。

目前钙钛矿太阳能电池的发展瓶颈除了稳定性差、扫描滞回效应外，其开路电压较低、吸收光谱窄也是另一个亟待解决的问题，开路电压和吸收光谱主要是由钙钛矿材料的禁带宽度所决定的，常规的钙钛矿材料难以既保证较高的开路电压又具有宽的吸收光谱，虽然现阶段文献中已经报道了许多宽禁带的钙钛矿材料(Energy Environ.Sci.2017,10,710-727)，充分利用这些材料制备而成的器件可以一定程度上解决上述问题，但因为其成本较高、制备工艺复杂，便限制了钙钛矿太阳能电池的发展。

根据相关文献记载，现阶段解决上述问题的方法主要是级联的太阳能电池，级联的钙钛矿太阳能电池能够很大程度上提升器件的开路电压，使得器件整体的性能得以提升，但是对于级联的太阳能电池来说，在级联的每层功能层界面处存在大量的缺陷，并且可能出现晶格失配的现象，难以制备高质量的多层级联功能层，从而导致器件整体的性能达不到预期；而且现有的功能层是通过旋涂工艺制备的，但是旋涂工艺存在着旋涂面积越大，成膜厚度越难以控制的问题，从而限制了工业化大规模生产。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决现有的功能层是通过旋涂工艺制备的，但是旋涂工艺存在着旋涂面积越大，膜层厚度越难以控制的问题，本发明提供一种基于混蒸工艺的具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，采用共混蒸镀工艺，将不同能带宽度的钙钛矿层水平并列排布，获得具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池，不仅能够克服各功能层之间的界面问题，还能够控制成膜厚度，使得器件性能得以提升。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

一种基于混蒸工艺的具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池，包括从下往上依次设置的光反射层、透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极层，其特征在于：所述钙钛矿吸光层包括由共混蒸镀工艺制备的若干具有不同能带宽度的钙钛矿多晶膜，所述若干钙钛矿多晶膜水平并列排布。

进一步的，所述钙钛矿多晶膜之间的能带差为0.1～0.8eV。

进一步的，所述若干钙钛矿多晶膜由不同蒸发速率比的吸光材料A和吸光材料B在真空环境中多次共混蒸镀制得。