[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的衬底、透明导电层、空穴传输层、吸光层、电子传输层以及顶电极；其中，衬底为玻璃或者柔性塑料类材料制成；透明导电层为一透明电极，透明导电层与衬底一体化设置；空穴传输层为有机材料或无机材料，用于将空穴传输至透明电极；吸光层为具有钙钛矿结构的光伏材料，用于吸收入射光；电子传输层为金属氧化物、PCBM、C₆₀等具有优异电子传导效果的材料，用于传输电子，并隔离吸光层和所述顶电极；顶电极为具有较高功函数的材料；本发明还提供一种制备上述钙钛矿太阳能电池的方法；本发明提高了钙钛矿太阳能电池的短路电流和能量转换效率。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池制备领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

由于能源危机日益严重，太阳能的利用受到光伏技术的清洁和高用量的关注，引起了人们的高度关注。有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池由于钙钛矿材料的独特性质，如高吸收系数和大的载流子扩散长度等，低成本制造工艺和高功率转换效率而被广泛研究。PSC（Perovskite Solar Cells，钙钛矿太阳能电池）的能量转换效率从2009年首次报道的3.8 ％上升到近期的22.1 ％。这些优势都使得PSC在众多光伏技术中处于显着地位。

就钙钛矿薄膜的制备而言，可以通过使用热蒸发技术来获得高质量的薄膜。然而，溶液法制备低成本并且可与柔性技术相兼容，因此在应用上更有前景。与两步连续溶液沉积法相比，一步法溶液沉积法技术简单、省时，因此，被广泛用于制备钙钛矿薄膜。 然而，一步法制备的钙钛矿薄膜晶粒较小，而且在衬底上的覆盖率低。对于钙钛矿器件非常重要的载流子的产生和传输等物理过程都发生在钙钛矿薄膜内部，因此，钙钛矿薄膜的形貌在很大程度上影响了PSC的性能。

理想的钙钛矿吸光层应具备均匀大晶粒、高覆盖率和表面光滑等特点。许多研究工作集中在提高钙钛矿材料的形貌上，例如，选择高沸点溶剂来配置钙钛矿前驱体溶液，通过减缓溶剂的蒸发来降低钙钛矿晶粒的生长速度，提高晶粒的尺寸和均匀性；通过优化空穴传输层或空穴传输层/钙钛矿层的界面性质，改善钙钛矿层的形貌；通过将处于高温的钙钛矿前驱体溶液旋涂在热的衬底上，得到大晶粒的钙钛矿薄膜；以溶剂蒸气对钙钛矿薄膜进行后退火，有助于晶界的愈合，增大晶粒尺寸。另一种广泛使用的方法是在旋涂钙钛矿前驱体溶液的过程中进行反溶剂清洗（ASW），该方法工艺简单并且能有效改善钙钛矿形貌。传统认为可实现高效钙钛矿太阳能电池的理想钙钛矿层的形貌，在直观下表现为光滑表面的暗棕色膜。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中存在的技术问题，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具体技术方案如下：

一方面，提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的衬底、透明导电层、空穴传输层、吸光层、电子传输层以及顶电极；

其中，所述衬底为玻璃或者柔性塑料类材料制成；所述透明导电层为一透明电极，所述透明导电层与所述衬底一体化设置；所述空穴传输层为有机材料或无机材料，用于将空穴传输至所述透明电极；所述吸光层为具有钙钛矿结构的光伏材料，用于吸收入射光；所述电子传输层为金属氧化物、PCBM、C₆₀等具有优异电子传导效果的材料，用于传输电子，并隔离所述吸光层和所述顶电极；所述顶电极为具有较高功函数的材料。

进一步的，所述透明电极为铟锡氧化物（ITO）、氟锡氧化物（FTO）或铝锌氧化物（AZO）。

进一步的，所述空穴传输层的厚度为50nm~300nm；所述无机材料为金属氧化物，所述有机材料为PEDOT:PSS、Spiro-MeOTAD、PTAA、P3HT、NPB等。

进一步的，所述吸光层的厚度为200nm~400nm，由钙钛矿材料的致密晶粒构成。

进一步的，所述电子传输层的厚度为10nm~100nm。