[发明专利]一种新戊酸根掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了属于太阳能电池技术领域的一种新戊酸根掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池及制备方法。一种新戊酸根掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池由依次布设的FTO基底、TiOsubgt;2/subgt;致密层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金电极层所组成；所述钙钛矿光吸收层的材料为新戊酸根掺杂的CsPbIsubgt;2.84/subgt;Brsubgt;0.16/subgt;。本发明利用新戊酸根对I或Br进行阴离子掺杂，从而提高了CsPbIsubgt;3‑x/subgt;Brsubgt;x/subgt;的离解能，进而抑制了潮湿环境下I空位的产生。从而提高了钙钛矿电池器件的稳定性，同时提高了器件的热稳定性，有助于推动钙钛矿太阳能电池走向商业应用。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种新戊酸根掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

钙钛矿电池的核心材料是金属卤化物，其晶体结构的分子通式为ABX₃，其中A为有机阳离子或Cs，B为Pb或Sn，X为I、Cl或Br。金属阳离子和卤素阴离子形成正八面体结构，由正离子嵌入其中来平衡电荷。到目前为止，有机无机钙钛矿太阳能电池的认证效率已达到25.2％，然而CH₃NH₃PbI₃钙钛矿对热、光和水氧的稳定性较差，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化。相较有机无机杂化体系而言，全无机α-CsPbI₃钙钛矿太阳能电池具有更好的热稳定性，因此引起研究者的广泛关注。α-CsPbI₃的带宽E_g约1.73eV，是非常理想的光捕获材料。然而，由于Cs⁺半径较小，导致α-CsPbI₃的容忍因子为0.8，使得亚稳态的α-CsPbI₃很难维持稳定的钙钛矿结构。在水分和光照射的作用下CsPbI₃会发生从α相到δ相的转变，带隙从1.73eV 增加2.8eV，从而降低了其对可见光的有效吸收。为了实现CsPbI₃太阳能电池的实际应用，必须有效解决其环境稳定性问题。到现在为止，已经有很多研究方法用以改善α-CsPbI₃钙钛矿的水分稳定性。

一些学者研究了采用具有相对小半径的离子以代替铅离子(119pm)来增大容忍因子，如锶离子(118pm)，铋离子(103pm)或锰离子(67pm)，从而有效改善α-CsPbI₃的稳定性。然而，代替铅位置的离子种类由于选择性较少，因此对材料稳定性提升空间不大。此外，也有研究将碘离子用氯离子或溴离子进行部分替代。但氯离子难以进入CsPbI₃晶格，不能得到有效的掺杂。溴离子的取代会显著提高材料的稳定性，但会导致材料的带隙扩大，降低可见光的吸收和电池的光电转换效率。也有研究采用例如PEAI、BAI等有机阳离子进行A位取代以改善晶体结构的稳定性，形成了一种二维和三维的混维材料，利用疏水性基团有效地防止空气中的水分对钙钛矿的破坏。截止目前为止，尚无在全无机钙钛矿电池中采用有机官能团对钙钛矿结构的ABX₃中X位进行掺杂的研究。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种新戊酸根掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池，如图1 所示所述钙钛矿太阳能电池由依次布设的FTO基底、TiO₂致密层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、金电极层所组成；所述钙钛矿光吸收层的材料为新戊酸根掺杂的CsPbI_(3-x)Br_x，其中x＝0.16。

钙钛矿光吸收层的厚度为400nm-500nm；TiO₂致密层的厚度为20-30nm，空穴传输层的厚度为200-300nm，金电极层的厚度为60-75nm。

所述新戊酸根掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)将FTO导电玻璃，清洗并烘干后，采用UV表面处理，得到FTO基底；