[发明专利]一种基于无机半导体电子传输材料的钙钛矿太阳电池及其制备方法

权利要求书

1.一种基于无机半导体电子传输材料的钙钛矿太阳电池及其制备方法，其特征在于：

(1)在透明导电基底上采用化学气相沉积(PECVD)方法制备N型非晶硅电子传输层；

(2)采用溶胶凝胶方法在非晶硅层上旋涂PCBM界面修饰层；

(3)采用一步旋涂法在PCBM上制备钙钛矿层；

(4)采用旋涂法在钙钛矿层上制备Spiro-OMeTAD空穴传输层；

(5)采用真空蒸镀法在空穴传输层上蒸制金属电极。

2.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池，其特征在于：透明导电基底为FTO透明导电玻璃，N型非晶硅电子传输层，PCBM为界面修饰层，吸收层为钙钛矿吸光材料，空穴传输层为Spiro-OMeTAD材料，金属电极为银电极或金电极。

3.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池，其特征在于：所述的电子传输层为N型非晶硅薄膜材料，其厚度为30-50nm。

4.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池，其特征在于：所述的电子传输层与钙钛矿吸收层的界面修饰层为PCBM，其厚度为5-10nm。

5.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层为FA_xMA_1-xPbI₃(FA：CH(NH₂)₂-，MA：CH₃NH₃-)，其厚度为400-600nm。

6.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池，其特征在于：所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD，其厚度为300-400nm。

7.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池，其特征在于：所述金属电极为银电极或金电极，其厚度为90-120nm。

8.依据权利要求1所述的钙钛矿结构太阳电池制备方法，包括以下具体步骤：

(1)第一步透明导电基底的处理：

所述透明导电基底为掺氟的二氧化锡(FTO)导电玻璃。将FTO透明导电玻璃先用电子清洗液将其表面清洗干净，然后用电子清洗液和去离子水溶液超声清洗20min，然后用酒精超声清洗10min，之后用去离子水超声清洗10min，将冲洗后的透明导电玻璃用氮气枪吹干，并在干燥箱里干燥15分钟。在FTO玻璃的一侧贴上高温胶带，保留测试用电极。

(2)第二步N型非晶硅薄膜沉积：

将上述备用的透明导电基底放入等离子沉积室中，进行N型非晶硅薄膜制备。反应所用的气体为SiH₄、PH₃和H₂的混合气体，反应腔室温度为140～260℃，射频功率15-30W，反应压强为200～230Pa，沉积时间维持约5～8min。在该条件下所制得的非晶硅薄膜厚度约30-50nm。

(3)第三步制备PCBM界面修饰层：

将15mg的PCBM溶解在1ml的异丙醇溶液中。55℃条件下缓慢搅拌2小时以上备用。用台式匀胶机在上述基底上旋涂PCBM溶液，旋涂条件为5000rpm，旋涂时间40s。在120℃温度下退火10min。在该条件下制得的PCBM薄膜厚度约5-10nm。

(4)第四步制备钙钛矿吸收层：

采用溶液一步旋涂法，具体步骤如下：开启

A.钙钛矿前驱溶液准备。将购得的质量百分比为99.999％的PbI₂固体粉末与购得的FAI和MAI固体粉末进行摩尔比为PbI₂∶FAI∶MAI＝2∶1∶1比例混合，将混合后的粉末溶解在购得的质量百分比纯度为99.9％的二甲基甲酰胺(DFM)中，50℃温度下用磁力搅拌6个小时左右备用。

B.旋涂钙钛矿吸收层。将沉积了非晶硅薄膜的FTO导电玻璃放到匀胶机上，取备用的钙钛矿前驱溶液，用0.45μm滤嘴过滤后滴涂在非晶硅薄膜层上，启动旋涂仪器转速3000rpm，在旋涂过程中10s左右，滴加150ul的氯苯。旋涂时间为30～50s。

C.热处理，即退火。将上述在非晶硅层上旋涂好钙钛矿的基底放置到热板上，在90～150℃温度下阶梯退火约100min，制得钙钛矿吸收层，其厚度大约400-600nm，此时的钙钛矿吸光层表面覆盖率、均匀度和致密性都得到很大提高。旋涂和退火均在手套箱中操作。

(5)第五步制备空穴传输层：

选用Spiro-OMeTAD作为空穴传输层。将上述热处理后的衬底放置在旋涂仪器上。将购得的Spiro-OMeTAD溶解在氯苯溶液中，50℃条件下搅拌2小时以上备用。将上述制得的Spiro-OMeTAD溶液均匀滴加覆盖在衬底表面，旋涂仪器，转速2000～2500rpm，旋涂30～40s后，在干燥的空气中充分氧化12小时以上即可。

(6)第六步蒸镀电极：

将银丝/金丝在熔融状态下蒸镀在第五步制得的空穴传输层上形成电极。具体操作方法是真空热蒸发工艺：在60～100A电流下将银丝/金丝融化成气态，蒸镀20-30min。制得金属电极，最终制得完整的无机半导体电子传输材料的钙钛矿太阳电池。