[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，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，电子传输层为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜；其中，GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜是由GaAs纳米颗粒胶体水溶液与TiCl₄前驱体溶液经过化学浴沉积及退火处理后得到的。本发明还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明制备出的GaAs纳米颗粒功能化的电子传输层其电子迁移率和导电性有了明显的提高，消除了因电子和空穴传输能力不平衡所引起的滞后，同时有利于制备高效稳定的钙钛矿太阳能电池，具有极高的商业应用前景。

技术领域

本发明涉及光伏太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近几十年来，随着人类文明的进步，能源的需求也在不断的增长，而人们对传统化石燃料的消耗与日俱增，但化石燃料的不可再生性及其燃烧后产生的CO₂对环境的影响，使得人类不得不寻找新能源。经过人类不懈的努力，人们发现以下几类能源可以解决当前的能源危机：1)潮汐能；2)地热能；3)生物能；4)风能；5)太阳能。在上述几种能源中，太阳能是一种有潜力的能源，能解决人类的能源短缺问题，其主要的优势是来源丰富、对环境安全无污染。相比于前两代太阳能电池，第三代太阳能电池尤其是钙钛矿太阳能电池由于其具有制备工艺简易、成本较低、灵活性好、来源广泛、可大面积印刷、理论能量转换效率高等优势受到广泛关注，它弥补了第一代太阳能电池成本较高，第二代薄膜太阳能电池转换效率低的不足，并且具有高的消光系数，长的载流子扩散长度等优点，在未来的光伏市场中有很好的发展前景。

钙钛矿太阳能电池大多数基于介孔结构，而介孔二氧化钛层需要高温煅烧，因此不适用于低成本生产及柔性器件。在此基础上发展的平面异质结钙钛矿太阳能电池以其简易的构筑方法而备受青睐。然而，经低温制备的二氧化钛层具有相对低的电导率和电子迁移率，差的结晶度及较高的电子陷阱态密度，进而导致不理想的光电转换效率、严重的滞后及差的稳定性。为此，本发明采用激光辐照后的砷化镓(GaAs)纳米颗粒功能化电子传输层，由于GaAs具有极高的电子迁移率，因此很大程度增强了该层的电子传输与抽取，进而提升了器件的光电转换效率，且平衡了电子与空穴的传输能力，消除了滞后。此外，通过激光辐照的GaAs纳米颗粒尺寸可控、易于制备，对于钙钛矿太阳能电池性能与稳定性的提升具有重要意义。

发明内容

本发明针对背景技术所提到的问题，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次层叠设置的导电基底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极，所述电子传输层为GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜；

其中，所述GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜是由GaAs纳米颗粒胶体水溶液与TiCl₄前驱体溶液经过化学浴沉积及退火处理后得到的。

本发明的第二个目的是提供上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，电子传输层的制备

通过脉冲激光辐照制备GaAs纳米颗粒胶体水溶液；将GaAs纳米颗粒胶体水溶液加入TiCl₄前驱体溶液中，与导电基底一起经过化学浴沉积及退火处理，在导电基底上形成GaAs纳米颗粒功能化的二氧化钛薄膜，即为电子传输层；

步骤2，钙钛矿层的制备

将钙钛矿前驱体溶液沉积于步骤1的电子传输层上，并滴加反溶剂，退火后形成钙钛矿薄膜，即为钙钛矿层；

步骤3，在钙钛矿层上形成空穴传输层；

步骤4，在空穴传输层上形成金属电极，即完成所述钙钛矿太阳能电池的制备。