[发明专利]一种高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明属于电池制备技术领域，公开了一种高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池及制备方法，所述高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池的制备方法包括将单晶硅薄片覆在底层导电电极层上；将电子传输层沉积在单晶硅层上，并退火；将硝酸镍溶于乙醇，旋涂至导电基质上加热；将铅基材料和二维钙钛矿前驱体材料溶于甲醇中，加热，溶解于异丙醇；旋涂至空穴传输层上，加热，得到钙钛矿层；在钙钛矿层表面蒸镀电极层，得到高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池。本发明通过铅基材料和二维钙钛矿前驱体材料制备得到单晶，具有较好的稳定性；通过材料的复合来弥补二维钙钛矿材料光电转换率差的缺陷，电池的光电转换率提高。

技术领域

本发明属于电池制备技术领域，尤其涉及一种高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

目前，钙钛矿结构的材料是指的任何与钛酸钙CaTiO₃具有相同晶体结构的材料，实验发现，当金属卤化物材料形成钙钛矿结构后，在光伏太阳能电池中作为采集层是非常有效的，能够成功地将太阳能转化为电能，基于该发现，2009年，钙钛矿结构的材料正式应用于薄膜太阳能电池中，在接下来的几年中，钙钛矿结构的材料在光伏领域有了极大的发展，光电转换率不断提升，特别是金属卤化物类钙钛矿材料，其原料一般为廉价的铅、卤素、及胺盐，来源广泛，制造成本较以往的硅基材料更低，在光电转化率方面，其从最初的3.8％发展到15.9％仅用了不到5年的时间，已经逐步接近硅基光伏材料的效率，目前，钙钛矿太阳能电池已经认证的效率达到了23.7％，因此使用钙钛矿结构的光伏材料的太阳能电池将能够完全取代传统的使用硅类光伏材料的太阳能电池；但钙钛矿太阳能电池重复性低、稳定性差等问题仍是其商业化应用进程的最大阻碍，由于钙钛矿吸湿会引起钙钛矿室温条件下不稳定，在氧气环境中会发生化学反应进而破坏晶体结构，使用一段时间后会出现较明显的效率衰减，目前发现二维钙钛矿材料相比三维钙钛矿电池具有较好的稳定性，但其光电转换效率相对较低。现有文件利用特殊的混合溶液加热旋涂制备得到低维锡基钙钛矿薄膜，所得到的太阳能电池光电转化效率有了一定提高，但仍无法满足实际使用需求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前使用特殊的混合溶液加热旋涂制备得到低维锡基钙钛矿薄膜，制备的太阳能电池光电转化效率仍无法满足实际使用需求。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池及制备方法。

本发明是这样实现的，一种高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池，所述高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池从下至上依次叠设有：

底层导电电极层、单晶硅层、电子传输层、钙钛矿层、空穴吸收层、电极层。

进一步，所述电子传输层与所述单晶硅层完全重合。

进一步，所述钙钛矿层上的晶粒大小为0.2-1.8μm。

进一步，所述钙钛矿层上的电子缺陷密度为1.02×10¹⁵cm^-3-1.87×10¹⁵cm^-3。

进一步，所述底层导电电极层与所述电极层厚度为30-50nm，所述单晶硅层厚度为200-300nm，所述电子传输层厚度为80-200nm，所述钙钛矿层厚度为120-300nm，所述空穴吸收层的厚度为160-180nm。

本发明的另一目的在于提供一种高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述高光电转换率的二维钙钛矿太阳能电池的制备方法包括以下步骤：

步骤一，将单晶硅薄片覆在底层导电电极层上，形成单晶硅层；

步骤二，将电子传输层通过气相沉积法沉积在单晶硅层上，并进行退火处理；

步骤三，将硝酸镍溶于乙醇，旋涂至导电基质上，并进行加热，得到空穴传输层；