[发明专利]一种基于n-i-p结构的有机无机杂化钙钛矿同质结太阳电池

说明书

本发明属于钙钛矿太阳电池技术领域，特别涉及有机无机杂化钙钛矿材料自掺杂形成的n‑i‑p同质结钙钛矿太阳电池及其制备方法。本发明公开了一种n‑i‑p同质结钙钛矿太阳电池，所述电池自下而上依次为：玻璃基底、FTO透明电极、n‑i‑p同质结钙钛矿层、金电极。本发明通过固相扩散对钙钛矿层两侧边缘进行自掺杂，形成n‑i‑p同质结钙钛矿层。该结构的形成实现了载流子的定向传输和钙钛矿太阳电池的低温、快速制备，大大简化了电池的制备工艺，并且这种n‑i‑p同质结钙钛矿太阳电池无需电子传输层和空穴传输层，降低了电池的制备成本，提高了电池的稳定性，具有良好的应用前景和商业潜力，有利于加快钙钛矿太阳电池的产业化进程。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳电池技术领域，特别涉及有机无机杂化钙钛矿材料自掺杂形成的n-i-p同质结钙钛矿太阳电池。

背景技术

当今世界，人类生活对能源的需求与日俱增，传统化石能源的大量开采和使用不仅使其蕴藏量日益减少，也对环境造成了严重的损害。为了解决日益严峻的能源与环境问题，我们越来越多地关注可再生能源技术的发展和利用，在各类新能源技术当中，太阳电池是发展较快的新能源器件技术之一。目前，硅基太阳电池虽然实现了产业化，但还是无法媲美传统的化石能源。一方面由于其生产成本高，另一方面则是由于其生产过程所伴随的高污染高能耗问题。因此，研究开发新的高效率、低成本的太阳电池非常必要。

各类新型太阳电池中，一种基于钙钛矿型的有机金属卤化物MAPbX₃(MA为CH₃NH₃，X代表卤族元素，最常见的是I)材料的太阳电池发展十分迅速。自2009年被报道至今，钙钛矿太阳电池的最高效率已超过23％。其转换效率已经接近硅基太阳电池，甚至呈现出赶超的趋势。

钙钛矿材料本身具有良好的光电特性和载流子传输特性，不仅可以作为光吸收层，通过改性还可以作为电子传输层和空穴传输层。含有甲胺离子的有机-无机杂化钙钛矿材料，具有三维晶体结构，能通过调节有机离子的尺寸改变钙钛矿材料的性质，十分灵活方便。此外，这种有机-无机杂化钙钛矿材料能够很好的整合无机材料和有机材料各自性能上的优势。由于有机基团的存在，此类材料能够很好的溶于常见的有机溶剂，一定程度上简化了电池的制备工艺。有机-无机杂化钙钛矿太阳电池结构种类繁多，其中最为常见的结构是平板异质结结构，自下而上依次为：玻璃基底、FTO透明电极、电子传输层(一般为二氧化钛、氧化锌、氧化锡)、钙钛矿层、空穴传输层(一般为Spiro-OMeTAD、氧化镍)、金电极。

在目前常见的平板异质结钙钛矿太阳电池中，钙钛矿层仅仅是作为光吸收层，钙钛矿不是p型半导体，也不是n型半导体，以本征型为主。因为平板异质结钙钛矿太阳电池是n-i-p异质结型，它不仅仅需要p型材料作为空穴传输层，还需要n型材料作为电子传输层，所以此类结构的钙钛矿太阳电池离不开制备步骤复杂且通常需要高温处理的电子传输层，也离不开昂贵且不稳定的有机空穴传输层。有机空穴传输层的引入一定程度上影响了钙钛矿太阳电池的稳定性，相应地增加了电池的制备成本和工艺的复杂程度，不利于钙钛矿太阳电池的产业化进程。

为了简化钙钛矿太阳电池的制备工艺，降低电池的制备成本，本发明提供了一种新型的n-i-p同质结钙钛矿太阳电池。所述电池结构简单，无需电子传输层和空穴传输层，能显著地提高钙钛矿太阳电池的稳定性，降低电池制备成本，具有良好的商业化应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种简化的n-i-p同质结钙钛矿太阳电池。所述n-i-p同质结钙钛矿太阳电池结构自下而上依次为：玻璃基底、FTO透明电极、n-i-p同质结钙钛矿层、金电极。太阳光从玻璃基底方向射入。本发明提供的n-i-p同质结钙钛矿太阳电池无需电子传输层和空穴传输层，能够大大地降低电池的生产成本和简化制备工艺，并且由于避免了有机空穴传输材料的引入，显著地提高了钙钛矿太阳电池的稳定性。