[发明专利]一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池，涉及太阳能电池技术领域。包括从下至上依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和金属电极层；所述光吸收层包括钙钛矿薄膜，以及所述钙钛矿薄膜中含有的半导体氧化物纳米颗粒。本发明还公开了一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池制备方法。本发明提供的纳米晶复合钙钛矿太阳能电池光电转换效率高、光电转换效率从18％提高到21％以上，性能和稳定性都得到了明显改善。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池所面临的载流子复合和稳定性差等问题，阻碍了其实用化进程。因此如何进一步提高钙钛矿电池效率和稳定性成为急需解决的关键问题。低温溶液法制备的多晶钙钛矿薄膜使用的空穴传输层材料中含有锂盐会导致锂离子在钙钛矿薄膜中晶界处渗透，造成载流子复合，从而降低电池的性能。

借鉴碳量子点对钙钛矿太阳能电池的修饰，将载流子传输能力较强/高导电性的材料引入薄膜内部有望促进钙钛矿薄膜中载流子的体传输过程，进而提钙钛矿太阳能电池的性能。选用高空穴迁移的纳米晶材料对钙钛矿薄膜的晶界进行修饰，将高空穴迁移的材料引入薄膜内部有望促进空穴的体传输过程，而且在晶界处引入的纳米晶同时可以阻碍锂离子的渗透进而提高钙钛矿电池的长期稳定性。如何将高空穴迁移的材料引入钙钛矿薄膜内部是获得长期稳定性优异的高性能太阳能电池的难点，这也正是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述中的不足，本发明提供一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池就有高空穴迁移率，长期稳定性优异的高光电转换效率，同时采用液相脉冲激光辐照技术可直接制备出尺寸可控、单分散及稳定的高空穴迁移率的氧化物纳米晶溶液，无需经过溶剂/配体交换、离心干燥等复杂工艺便可直接投入使用。

本发明第一个目的是提供一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池，包括从下至上依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和金属电极层；

所述光吸收层包括钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜中含有的半导体氧化物纳米颗粒。

优选的，所述半导体氧化物颗粒为NiO、SmNiO₃、CuCrO₃、GaCrO₃中的一种。

更优选的，所述光吸收层是按照以下步骤制得：

首先，通过将半导体氧化物纳米颗粒均匀分散于有机液相媒介中，经脉冲激光束辐照，制得纳米晶胶体溶液；

其次，在电子传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液，同时在旋涂的过程中加入所述纳米晶胶体溶液，然后，在100～150℃热处理10～90min，即得所述光吸收层；

其中，所述钙钛矿前驱体与所述半导体氧化物纳米颗粒用量比为1moL：0.037～4.76g。

更优选的，所述纳米晶胶体溶液浓度为0.01～0.5mg/mL。

更优选的，所述钙钛矿前驱体溶液浓度为1.05～1.35mol/L。

更优选的，所述有机液相媒介为甲酸乙酯、乙酸乙酯、乙醚、乙二醚中的一种或多种。

更优选的，所述钙钛矿前驱体为AX和BX₂型化合物；

其中，A为CH₃NH₃⁺、HC(＝NH)NH₂⁺、Cs⁺、中的一种或多种；

B为Pb²⁺；

X为卤素离子中的一种或多种。