[发明专利]一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池包括透明玻璃衬底、ITO层、电子传输层、双异质结钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极层。其制造成本较钙钛矿/晶硅叠层电池及全钙钛矿叠层电池更低，寄生效应更少，光损失更低。双异质结钙钛矿层由三层带隙可调的Sn、Pb基钙钛矿结构组成，双异质结的钙钛矿层，吸收光谱更宽，更加容易与电子传输层和空穴传输层的能级匹配，同时光损失更低，转换效率更高，双异质结钙钛矿层由于能带重叠的区域多，对光的利用率更高，能够进一步提高功率转换效率。同时对于钙钛矿层，保护层材料为2‑莰酮含有醛基，起到钝化表面缺陷的作用，能够提高双异质结钙钛矿层质量，提升转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是最有前途的可持续能源之一，如果能进行大规模利用，能够缓解对化石燃料的过度依赖，并改善地球日益恶化的环境和气候。有机-无机混合钙钛矿太阳能电池的功率转换效率在过去十年的中从3.8％提高到25.7％，与单晶硅太阳能电池相当。杂化钙钛矿材料的成功来自于许多优良的性能，如高缺陷耐受性、高双极电荷输运、优异的载流子迁移率和低激子结合能。然而目前的钙钛矿太阳能电池已经接近单节电池27.5％的理论极限，因此为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率，越来越多的研究开始关注将晶硅电池或者钙钛矿电池与其它的高效率钙钛矿电池组成叠层电池。

从效率与成本两方面考虑叠层电池，叠层电池主要分为钙钛矿/晶硅叠层电池与全钙钛矿叠层电池。钙钛矿/晶硅叠层电池主要分为两端叠层与四端叠层，四端叠层的子电池制备相对独立，子电池工作在最大功率点，带隙选择广，但是对电极材料的要求更高，四个电极中需要使用三个透明电极，而且需要使用光学的功率器件，这将大大增加工艺成本。钙钛矿/晶硅两端叠层电池优势在于能够与硅工艺兼容，尽管最高的转换效率突破31％，但由于电流匹配问题，顶电池带隙限制在大约1.67-1.8ev范围，而且硅材料的成本较高，但这对于商业化来说较为不利。全钙钛矿叠层的优势在于两个子电池的带隙都能够灵活调节，能够增大吸收光谱的宽度，减少光损失，另一个优势在于成本较硅叠层更低。尽管最高的转换效率突破28％，但是由于中间层的厚度较厚，带来额外的光损失，制备过程中对薄膜的损伤较大，中间层的寄生效应较多，降低了转换效率，以及中间层的制备需要溅射，蒸镀等，使成本增加，不利于商业化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

在本发明的第一方面，提供了一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，包括：导电玻璃基底、电子传输层、双异质结钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极层，其中，

所述双异质结钙钛矿层由三层带隙可调的Sn、Pb基钙钛矿结构组成。

所述钙钛矿层的结构通式为ABX₃，其禁带宽度在1.2-2.2ev之间，A为阳离子且A选自MA、FA、Rb和Cs中的一种或多种；B为阳离子且B选自Pb、Sn中的一种或多种；C为阴离子且C选自Cl、Br、I的一种或多种。

在本发明的一个实施例中，所述双异质结钙钛矿层的制备包括以下步骤：

将预定量的前驱体粉末溶解在非质子极性溶剂中，分别制成钙钛矿的第一层前驱体溶液、第二层前驱体溶液、第三层前驱体溶液；