[发明专利]一种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，涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池，用以解决现有技术下钙钛矿太阳能电池对太阳光吸收效率不高，开路电压低，短路电流密度小的问题，本发明包括自下而上依次设置的玻璃基板、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，所述玻璃基板下设有光反射层，所述钙钛矿吸光层包括沿水平方向的不同能带宽度的钙钛矿多晶膜，本发明钙钛矿吸光层采用水平能带梯度的设计，能够有效增强对太阳光的吸收，同时克服各功能层之间的界面缺陷问题，提高了开路电压与短路电流密度，促进了钙钛矿太阳能电池的大规模工业制备。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池。

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)，已经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于它们，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、具有扫描滞回效应外，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(EnergyEnviron.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、制备复杂，限制了钙钛矿太阳能电池的发展。

根据相关文献报道，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，但是对于钙钛矿太阳能电池来说，难以像无机太阳能电池那样采用全蒸镀的方法来制备，湿法制备的级联钙钛矿太阳能电池在每层功能层界面处存在大量缺陷，并且可能出现晶格失配的现象，从而导致器件整体的性能达不到预期。

发明内容

本发明的目的在于:为了解决现有技术下的钙钛矿太阳能电池开路电压低，吸收光谱窄的问题，本发明将不同能带宽度的钙钛矿层按照水平方向排布的方式来制备，获得具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池，这样不仅能够克服各功能层之间的界面问题，也从一定程度上提高了器件的开路电压，使得器件性能得以提升。

本发明采用的技术方案如下：

一种具有能带梯度的钙钛矿太阳能电池，包括自下而上依次设置的光反射层、玻璃基板、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，所述钙钛矿吸光层由水平方向设置的不同能带宽度的钙钛矿多晶膜构成。

进一步地，所述光反射层厚度为80-120nm，其材料为包括但不限于金、银、铝中的任一种。

进一步地，所述透明导电电极层厚度为100-150nm，其材料为ITO。

进一步地，所述空穴传输层厚度为80-100nm，其材料为包括但不限于PEDOT:PSS、CuSCN、CuI或ZnO的任一种。

进一步地，所述钙钛矿吸光层厚度为100nm-500nm，所述钙钛矿多晶膜之间的能带差为0.1-0.8eV。