[发明专利]基于下转换层的钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于下转换层的钙钛矿太阳能电池，主要解决现有钙钛矿太阳能电池的光电转化效率低和稳定性差的问题。其自上而下依次包括透明导电衬底(1)、电子传输层(3)、钙钛矿吸收层(4)、空穴传输层(5)和金属电极(6)，其特征在于，透明导电衬底(1)与电子传输层(3)之间设有下转换层(2)，所述下转换层采用稀土元素掺杂材料，该稀土元素掺杂材料包括掺杂镝的钒酸钆及钒酸镧。本发明改善了钙钛矿太阳能电池的太阳光光谱吸收，同时通过结构调整避免引入界面缺陷及紫外光引起的钙钛矿和电子传输层性能衰退，提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性，可用于为室外工作设备提供电能。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，更进一步涉及一种太阳能电池，可用于为室外工作设备提供电能。

背景技术

在能源问题越发严峻的21世纪，太阳能作为一种丰富、清洁、便利的可再生能源，受到了越来越多的重视。硅太阳能电池是目前大规模商业化的光电转换器件之一。近年来，钙钛矿太阳能电池由于相比硅太阳能电池具有更加简便的制备工艺、更加低廉的制备成本从而逐渐吸引了越来越多的关注。典型钙钛矿太阳能电池结构从下到上包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和顶部电极。钙钛矿材料吸光范围约处于300nm到800nm之间，其中对于波长小于400nm的紫外光不仅不能被钙钛矿材料有效吸收，还会对钙钛矿材料和电子传输层造成性能退化。引入下转换层不仅可以将造成钙钛矿材料分解的紫外光转换成可见光，还提升了钙钛矿材料对太阳光谱的利用效率。

中山大学在其申请的专利文献“一种以下转换材料界面修饰的太阳能电池及其制备方法”(申请号：CN201810980620.4申请公开号：CN109273600A)中公开了一种制备具有下转换材料修饰层的钙钛矿太阳能电池的方法。该方法采用聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇脂或聚醚砜树脂制成的柔性基底或者为玻璃制成的刚性基底，采用氧化铟锡ITO作为透明导电衬底，采用旋涂法制备TiO₂作为电子传输层，采用掺杂钐的铈酸锶作为下转换层，采用一步旋涂法或两步旋涂法制备钙钛矿吸收层，采用旋涂法制备2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴材料作为空穴传输层，采用蒸镀法制备金属电极。但是该方法采用TiO₂材料作为电子传输层在受到紫外光照射时性能容易退化，影响电子传输性能。同时该方法引入了下转换层与钙钛矿界面层，会造成潜在的界面层缺陷或能级不匹配，导致钙钛矿太阳能电池效率下降，稳定性不佳。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有的不足，提出一种基于下转换层的钙钛矿太阳能电池及制备方法，以提高钙钛矿太阳能电池的光电转化效率和稳定性。

为实现上述目的，本发明基于下转换层的钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和顶部电极，其特征在于，透明导电衬底与电子传输层之间设有下转换层，该转换层采用稀土元素掺杂材料，以提高紫外光到可见光的转换能力，改善太阳光光谱吸收。

进一步，所述稀土元素掺杂材料包括掺杂镝的钒酸钆及钒酸镧中的任意一种。

进一步，所述透明导电衬底采用氧化铟锡ITO或氟掺杂氧化锡FTO材料。

进一步，所述电子传输层厚度为15-100nm，其采用氧化锡、氧化锌或氧化钛中的任意一种。

进一步，所述钙钛矿吸收层厚度为100-500nm，采用由阳离子A、阳离子B，阴离子X和阴离子Y组成的钙钛矿ABX_mY_3-m，其中，A为甲胺MA、甲脒FA或铯Cs中的一种或几种，B为铅Pb，X、Y为氯Cl、溴Br或碘I中的一种或几种，m为1-3。

进一步，所述顶部电极采用金、银、碳电极中的任意一种。

进一步，所述空穴传输层厚度为50-500nm，其采用以下八种材料中的任意一种：