[发明专利]一种具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层及制备方法

说明书

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，特别是涉及一种具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层的制备方法，包括：在电子传输层上预涂掺杂层；甲胺碘形成溶液A；碘化锡形成溶液B；氮化硼形成分散液C；溶液A和溶液B沉积形成N型层；溶液A、溶液B和分散液C沉积形成本征层；溶液A和溶液B沉积形成P型层，沉积的同时向溶液A中滴加甲胺溴溶液、溶液B中滴加硝酸铋溶液，退火处理，即得。本发明解决现有技术中大面积钙钛矿太阳能电池载流子传输性能不佳的问题，通过一步沉积法制备具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层，形成的同质PN结构使钙钛矿吸收层的两个表面能带弯曲，从而与载流子传输层材料的能带重叠率更高，降低载流子传输势垒，有效提高载流子的传输性能。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别是涉及一种具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层及制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳电池通常是由透明导电玻璃、致密层、钙钛矿吸收层、有机空穴传输层、金属背电极五部分组成，其中钙钛矿吸收层有两种结构，分别是有骨架层的钙钛矿吸收层。致密层、钙钛矿吸收层、有机空穴传输层的材料组成、微结构、性质对太阳电池的光伏性能和长期稳定性影响显著。

钙钛矿太阳电池的工作原理为：卤铅铵钙钛矿化合物AMX3在光照下吸收光子，其价带电子跃迁到导带，接着将导带电子注入到TiO₂的导带，再传输到FTO，同时，空穴传输至有机空穴传输层，从而电子-空穴对发生分离，当接通外电路时，电子与空穴的移动将会产生电流。其中，致密层的主要作用是收集来自钙钛矿吸收层注入的电子，从而导致钙钛矿吸收层电子-空穴对的电荷分离；钙钛矿吸收层的主要作用是吸收太阳光产生的电子-空穴对，并能高效传输电子-空穴对、电子、空穴至相应的致密层和有机空穴传输层；有机空穴传输层的主要作用是收集与传输来自钙钛矿吸收层注入的空穴，并与n型致密层一起共同促进钙钛矿吸收层电子-空穴对的电荷分离。

目前钙钛矿吸收层的制备工艺主要有液相沉积法、真空蒸镀法、气相辅助液相法、丝网印刷等方法，其中溶液液相沉积法对设备要求低，工艺最为成熟。液相沉积法一般分为一步法和两步法。两步沉积法被认为简易高效、重复性好的的制备方法。

有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池自2009年第一次使用以来，经过不断的研究和探索，近几年取得了飞跃式发展，最明显的是其光电转换效率（PCE）几年内快速增长，从不足5%迅速增长超过20%，而且在未来的两三年内单层稳定效率很有可能会很快超越现有多晶硅的25%。然而在cm2级大面积的钙钛矿太阳能电池中，其光电转换效率普遍较差。这是由于在大尺寸器件中，钙钛矿层难以形成均匀致密的晶型结构，内部和界面的大量缺陷导致载流子的传输和跃迁势垒提高，难以有效跃迁至载流子传输层，而产生的光生载流子在吸收层内自发复合导致发热，加剧了吸收层的降解。

由此可见，进一步提高太阳光谱的方法是梯度带隙太阳能电池，通过扩大光谱的吸收范围促进载流子的产生，然而复杂的离子混合导致其制备过程十分繁琐，同时其传输效率并未得到显著提高。因此，研制一种针对现有大面积钙钛矿太阳能电池性能提升的钙钛矿吸收层具有十分重要的实际意义。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层的制备方法，用于解决现有技术中大面积钙钛矿太阳能电池载流子传输性能不佳的问题，同时，本发明还将提供一种具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层；此外，本发明还将提供一种钙钛矿太阳能电池片。本发明通过一步沉积法制备具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层，通过形成同质PN结构使钙钛矿吸收层的两个表面能带弯曲，从而与载流子传输层材料的能带重叠率更高，降低载流子传输势垒，从而有效提高载流子的传输性能。

为实现上述目的及其他相关目的，

本发明的第一方面，提供一种具有掺杂梯度的钙钛矿光伏电池吸收层的制备方法，包括如下步骤：