[发明专利]基于空位钙钛矿材料的太阳能电池及制备方法

权利要求书

1.一种基于空位钙钛矿为吸光层的钙钛矿太阳能电池，自下而上包括透明导电衬底(1)、电子传输层(2)、钙钛矿吸光层(3)、空穴传输层(4)和金属电极(5)，其特征在于，钙钛矿吸光层采用空位钙钛矿材料，用于消除钙钛矿吸光层的毒性，改善吸光系数和吸光效率，提高吸光层化学稳定性，以提高器件的光电转化性能、稳定性和环保程度。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述空位钙钛矿，选用由阳离子A、阳离子B，阴离子X和阴离子Y组成化学式为A₂BX_mY_6-m的复合材料，其中，A为钾、铷或铯中的一种或多种，B为钼、钨、钛、锆、铪、锗、锡、铱、铂、钯、金中的一种或多种，X、Y为氯、溴或碘，m为1-6。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，透明导电衬底(1)采用氧化铟锡ITO或氟掺杂氧化锡FTO材料，其厚度为300-800nm。

4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：电子传输层(2)采用二氧化钛TiO₂、氧化锌ZnO、二氧化锡SnO₂、C₆₀、[6,6]-苯基C₆₁丁酸甲酯PCBM中的任意一种，其厚度为70-350nm。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：空位钙钛矿吸光层(3)的厚度为150-550nm。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：空穴传输层(4)采用2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴Spiro-OMeTAD、三苯胺衍生物、聚乙撑二氧噻吩-(聚乙烯磺酸盐)PEDOTPSS、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]PTAA、聚-3已基噻吩P3HT、硫氰酸亚铜CuSCN、氧化镍NiO及氧化亚铜Cu₂O中的任意一种，其厚度为50-500nm。

7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：金属电极(5)采用金Au、银Ag、铜Cu、碳电极中的任意一种，其厚度为90-300nm。

8.一种基于空位钙钛矿为吸光层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如下：

1)对透明导电衬底依次使用玻璃清洗液、去离子水、丙酮、异丙醇溶液、去离子水在50摄氏度温度下超声清洗，再将超声清洗过的透明导电衬底使用氮气吹干玻璃表面，并使用紫外臭氧处理玻璃表面，得到预处理后的衬底；

2)采用旋涂法，将电子传输层前驱体溶液旋涂在预处理好的透明导电衬底上，得到电子传输层；

3)根据平衡的化学计量比，制备空位钙钛矿溶液A₂BX_mY_6-m：

3a)选取含A阳离子和B阳离子的两种卤化物粉末，并按2:1的摩尔比例配置所需的空位钙钛矿材料，同时使所需卤化物的卤素含量满足m:6-m的关系，得到空位钙钛矿粉末；

3b)在空位钙钛矿粉末加入二甲基亚砜DMSO、γ-丁内酯GBL、二甲基甲酰胺DMF、异丙醇IPA溶剂中的一种或多种，配备出所需的空位钙钛矿溶液A₂BX_mY_6-m，使用热台对其搅拌直至溶质完全溶解；

4)采用溶液涂布法，将空位钙钛矿溶液A₂BX_mY_6-m涂布于制备好的电子传输层上，并对旋涂后的样件进行退火处理，得到钙钛矿吸收层；

5)采用旋涂法，将空穴传输层前驱体溶液旋涂于制备好的钙钛矿吸收层上，得到空穴传输层；

6)使用真空镀膜仪，在空穴传输层上蒸镀金属电极,完成钙钛矿太阳能电池的制备。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，1)中每一步的清洗时间为20min，紫外臭氧处理也为20min。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，4)中的溶液涂布法，采用一步旋涂法、两步旋涂法、刮涂法、狭缝涂布法和超声喷涂法中的任意一种。