[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开一种高效钙钛矿太阳能电池及制备方法，属于太阳能电池技术领域。所述高效钙钛矿太阳能电池的制备方法包括：在透明导电基板上旋涂制备电子传输层；在电子传输层上旋涂碘化铅胶体，并进行退火结晶处理，形成碘化铅薄膜；在碘化铅薄膜上旋涂卤化物阳离子，并进行退火结晶处理，生成钙钛矿吸光层和碘化铅钝化结构；在钙钛矿吸光层上喷涂带有包覆材料的碘化铅胶体，形成碘化铅晶体钝化层；在碘化铅晶体钝化层上制备空穴传输层；在空穴传输层上制备银电极。本发明提供的一种高效钙钛矿太阳能电池及制备方法中，分别在电子传输层和钙钛矿吸光层上旋涂和喷涂碘化铅胶体，实现可控的缺陷钝化，达到双钝化效果，提高器件的效率和长期稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

随着社会的发展，我们对能源的需求量日益增大，然而可供我们使用的化石能源日益枯竭，全球都面临严重的能源危机。近年来对新能源的研究日渐火热，包括太阳能风能、地热能、潮汐能等。其中太阳能具有取之不尽、用之不竭的优点，合理高效地利用太阳能则能解决目前的能源危机。目前，钙钛矿太阳能电池因其具有高能量转换效率、质量轻、成本低廉、制作工艺简单、可制作柔性器件以及易于实现大规模生产等突出优势，目前成为了新型太阳能电池的研究热点。自2009年Miyasaka等人首次发明钙钛矿太阳能电池以来，电池的能量转换效率从3.8％快速提升至认证的25.2％，已经超过铜铟镓硒太阳能电池、碲化镉太阳能电池的最高效率，媲美晶硅太阳能电池最高效率26.6％。钙钛矿太阳能电池的规模化制备技术正逐步完善，预期成本大约为晶硅太阳能电池一半，是最具有发展潜力的第三代太阳能电池。

通过两步法可以制备高效率钙钛矿太阳能电池，但是两步法制备的钙钛矿薄膜质量取决于第一步制备的碘化铅薄膜，提高碘化铅薄膜质量即可提高钙钛矿薄膜质量。控制碘化铅原材料的生长取向，制备出碘化铅胶体，通过碘化铅胶体制备的薄膜，其晶粒有序且致密，进而可提高钙钛矿薄膜的质量，提高电池的稳定性。黄维课题组采用醋酸铅与碘化钾控制生成物碘化铅的生长取向，制备取向含(101)的碘化铅晶体，因其碘化铅原材料取向不同，将其溶解于二甲基甲酰胺即可得到碘化铅胶体。利用碘化铅胶体可制备致密碘化铅薄膜，生成有序的碘化铅晶体钝化层，更精确的钝化缺陷，进而提高钙钛矿薄膜的质量，获得22.22％的能量转换效率。两步旋涂法是将卤化阳离子旋涂至碘化铅薄膜上，让其反应生成钙钛矿薄膜，因此，在生成钙钛矿多晶薄膜时，其上表面就会存在一定的针孔状缺陷。

北京大学的赵青教授团队通过控制碘化铅薄膜的厚度、钙钛矿退火时间等因素制备了双层碘化铅晶体钝化层，钝化层分别位于钙钛矿薄膜与空穴输出层和电子传输层之间。制备的器件具有22％能量转换效率，且载流子寿命有大幅度提升、钙钛矿太阳能电池具有较好的稳定性。但是上述双层碘化铅晶体钝化层受化学反应限制，双钝化层结构难以调控，限制了其实际应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及制备方法，以解决现有的太阳能电池中，通过两步旋涂法制备的钙钛矿多晶薄膜，其上表面会存在针孔状缺陷，以及受化学反应限制，双层碘化铅晶体钝化层结构难以调控，限制了实际应用的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1：对透明导电基板进行清洗，清洗后用干燥氮气吹干；

S2：在透明导电基板上旋涂制备电子传输层；

S3：对带有电子传输层的透明导电基板进行紫外、臭氧处理；

S4：在氮气环境下，制备碘化铅胶体；

S5：在氮气环境下，在电子传输层上旋涂碘化铅胶体，并进行退火结晶处理，在电子传输层上形成碘化铅薄膜，调控碘化铅薄膜的有序取向生长；

S6：在氮气环境下，在碘化铅薄膜上旋涂卤化物阳离子，并进行退火结晶处理，生成钙钛矿吸光层和碘化铅钝化结构；