[发明专利]高效全无机钙钛矿太能电池及其制备方法

说明书

本发明提供一种高效全无机钙钛矿太能电池及其制备方法，包括以下步骤：S1.沉积有透明导电层透明衬底的清洗；S2.在透明导电层上制备电子传输致密层；S3.在电子传输致密层上制备全无机钙钛矿吸光层；S4.在全无机钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；S5.在空穴传输层上制备金属电极。本发明将碳材料及其衍生物添加剂加入到全无机钙钛矿浆料中，全无机钙钛矿结晶质量得到改善，针孔减少，缺陷态密度降低；且载流子寿命得到了有效延长，使得光伏器件性能得到了显著改善。该种全无机钙钛矿光伏电池制备方法简便，有助于提高全无机钙钛矿光伏器件光伏性能，且造价低廉，具有工业化应用前景。

技术领域

本发明属于纳米功能器件光伏太阳能电池领域，具体涉及一种高效全无机钙钛矿太能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展以及化石能源的不断消耗，能源与环境问题日益成为影响人类的最大社会问题。开发清洁可再生能源技术被认为是解决社会可持续发展能源供给的重要技术途径，也是我国早日实现“双碳”目标下发展绿色环保能源技术的关键。光伏电池是发展可再生能源的重要技术手段，一直以来都备受世界各国关注。基于晶硅材料的商业化光伏电池由于工艺复杂、成本高、生产过程耗能大且存在碳排放大等问题，其进一步发展遭遇到了瓶颈。钙钛矿光伏电池可以通过溶液法或低真空下低温制备，且工艺简单、能耗低、成本低、产品轻薄，具有与单晶硅可媲美的光电转化效率。此外，钙钛矿光伏电池带隙可调，可以与晶硅电池进行叠层，亦可以制备成半透明电池与窗户玻璃进行集成，是目前最具前景的光伏技术。

钙钛矿材料具有ABX₃结构，当A位是甲铵根、甲眯根等易挥发性有机阳离子时可形成有机-无机杂化钙钛矿结构；而A位为Cs⁺、Rb⁺等具有较大原子半径阳离子时即可形成全无机钙钛矿。全无机钙钛矿(尤其是CsPbI₃)由于其优越的热稳定性以及合适的带隙调节范围日益成为当今最重要的研究对象之一([1]Steele J A,Jin H,Dovgaliuk I,etal.Science,2019,365:679.[2]Wang Y,Dar M I,Ono L K,et al.Science,2019,365:591.)。在全球各国科研工作者的不断努力下，全无机钙钛矿光伏电池的光电能量转换效率已经迅速增加到20％以上([3]Tan S,Yu B C,Cui Y Q,et al.Angewandte ChemieInternational Edition,2022,e202201300)。改善全无机钙钛矿薄膜的结晶质量是提升全无机钙钛矿光伏电池输出性能的重要手段([4]Zhang T Y,Dar M I,Li G,et al.ScienceAdvances,2017,3:1700841.[5]Yoon S M,Min H,Kim J B,et al.Joule,2021,5:183.[6]Xiang W C,Liu S F,Tress W,et al.EnergyEnvironmental Science,2021,14:2090)。

目前，通过维度工程以及改变Gold-Schmidt容忍因子等手段可以优化钙钛矿的晶体质量而提升器件光伏性能([7]Zhang F,Park S Y,Yao C L,et al.Science,2021,375:71.[8]Ye Q F,Zhao Y,Mu S Q,et al.Advanced Materials,2019,31:1905143)。然而，二维钙钛矿组分以及Br^-离子等的引入会增大全无机钙钛矿的带隙，降低光电能量转换效率。为实现高效全无机钙钛矿太阳能电池的制备，使用可以与全无机钙钛矿前驱体具有较强相互作用的路易斯碱类添加剂来改善其结晶生长过程，开发具有更高光电能量转换效率的光伏器件，可使钙钛矿光伏电池更快实现实际应用。

发明内容