[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池用同质结电荷传输薄膜

说明书

本发明提出一种钙钛矿太阳能电池用同质结电荷传输薄膜，并将该薄膜用于钙钛矿太阳能电池，能够显著改善器件光电性能。采用旋涂法、喷涂法或原子层沉积法等在基底上逐层沉积含杂浓度不同的电荷传输材料，通过杂质浓度高低调控，可在电荷传输薄膜内产生有利于载流子输运的内建电场，进而加快钙钛矿/电荷传输薄膜界面载流子分离与传输，提升钙钛矿电池器件性能。该薄膜相对于传统结构的钙钛矿电池用电荷传输薄膜的优势在于可在薄膜内部产生有利于载流子传输的内建电场，从而降低界面载流子复合，提高电池性能。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池用电荷传输薄膜及其制备方法，薄膜的 特征是含有同质结结构。

背景技术

光伏对于推进我国绿色发展和生态文明建设发挥着重要作用。现阶段，光 伏行业开启了“实现平价上网”。市场迫切需要新的高效率、低成本的太阳能电 池技术。钙钛矿太阳能电池以其低制备成本和高效率成为热门候选。然而，根 据Shockley-Queisser限制理论，钙钛矿太阳能电池性能仍有较大提升空间， 而电荷传输薄膜与钙钛矿活性层界面处的载流子非辐射复合是重要的制约因素。 因此，设计新的电荷传输薄膜以抑制界面载流子复合是当前钙钛矿电池发展亟 需解决的关键问题之一。无机电荷传输材料具有电荷传输快、稳定性好、制备 简单、价格低廉等优势，因此构筑基于无机电荷传输材料的钙钛矿太阳能电池 是解决电池稳定性以及进一步降低电池成本的有效手段。

当前，解决无机电荷传输薄膜与钙钛矿活性层界面载流子复合主要依靠界 面工程，包括界面能级匹配与界面钝化。在现有的相关专利和报道中，有多项 涉及钙钛矿电池电荷传输薄膜与钙钛矿活性层界面钝化。CN202010482213.8公 布了一种钙钛矿太阳能电池的界面修饰方法，适于修饰空穴传输层和钙钛矿基 底层之间的界面。CN201810046177.3也公布了一种具有界面修饰层的钙钛矿太 阳能电池及其制备方法，钝化层优化钙钛矿的结晶结构,并在一定程度上抑制钙 钛矿活性层中的离子迁移。

然而，在界面处引入新的物质也可能导致光生载流子注入效率降低、电池 串联电阻增大，甚至将会给钙钛矿电池带来不稳定因素。本发明提出一种新的 电荷传输薄膜，通过在薄膜内构建具有一定方向的内建电场，达到加速载流子 传输，降低电荷传输薄膜与钙钛矿活性层界面载流子复合的目的。

发明内容

本发明的目的是要提供一种钙钛矿电池用同质结电荷传输薄膜，解决现有 钙钛矿太阳能电池电荷传输薄膜与钙钛矿活性层界面载流子复合的问题，以提 高器件效率。

本发明的目的是通过构建含有同质结构的电荷传输薄膜实现的。

含有同质结构的电荷传输薄膜是由两层或多层含杂浓度不同的电荷传输薄 膜逐层沉积而成，从基底往上，杂质浓度由高到低。

所述的电荷传输薄膜可以是电子传输薄膜或空穴传输薄膜。

所述的薄膜主体材料可以是氧化镍、氧化钒、氧化钴、氧化亚铜、硫氰化 亚铜、硫化亚铁、铜铟锡硫等空穴传输材料，也可以是二氧化钛、氧化锌、氧 化锡等电子传输材料。

所述的杂质对于空穴传输材料，可以是Cu、Li、Co、La、Sr等元素；对于 电子传输材料，可以是Nb、Ta、Li、V、Y、Sb等元素。

所述的电荷传输薄膜制备方法可以是溶液旋涂法、喷涂法、喷雾热解法、 原子层沉积法、磁控溅射法、电化学沉积法、化学气相沉积法、液相外延生长 法、分子束磊晶法等薄膜制备方法，具有广泛适用性。

所述的钙钛矿电池可以是正式结构，即在导电基底上依次沉积含同质结电 子传输薄膜、钙钛矿活性薄膜、空穴传输薄膜、金属背电极；也可以是反式结 构，即在导电基底上依次沉积含同质结空穴传输薄膜、钙钛矿活性薄膜、电子 传输薄膜、金属背电极。

本发明提出的含同质结电荷传输薄膜的制备方法形式多样，以溶液旋涂法 制备同质结电荷传输薄膜为例，其具体制备工艺过程如下：