[发明专利]一种窄带隙钙钛矿光伏电池及其制备方法和应用

说明书

本申请涉及一种窄带隙钙钛矿光伏电池及其制备方法和应用，由下至上依次包括衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和电极层；且空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层作为整体，其含有天门冬氨酸卤盐。本申请以天门冬氨酸卤盐进行修饰，制备了光电转换效率可达22.26％的倒置结构窄带隙钙钛矿太阳能电池，同时，在此基础上也制备出了26.4％光电转换效率的全钙钛矿叠层电池。所述方法可在低温条件下制备太阳能电池器件，钙钛矿薄膜整体缺陷明显下降，电池稳定性有所上升，且得到了显著提升的开路电压和短路电流。此外，将其应用于全钙钛矿叠层器件也得到了很好的结果，为锡铅窄带隙钙钛矿太阳能电池以及相应的叠层器件的制备起到了一定的指导作用。

技术领域

本申请涉及光电子材料与光电器件技术领域，特别涉及一种窄带隙钙钛矿光伏电池及其制备方法和应用。

背景技术

由于能源危机的影响，近些年来新能源行业快速发展。其中又以钙钛矿太阳能电池发展最为迅猛。造成这一结果的主要原因是由于钙钛矿材料具有许多优异的特性，诸如深能级缺陷少，光电特性优异，量子产率高，禁带宽度易调控，载流子寿命长、载流子迁移率高，可溶液法加工和低制备成本等；因此，受到了全世界范围的研究者的广泛关注。作为新生代的第三代太阳能电池-钙钛矿太阳能电池，经过数十年的发展，目前单结电池最高认证光电转换效率已经高达25.7％。这一效率与经过了几十年发展的硅太阳能电池也相差无几。

目前常见的钙钛矿太阳能电池器件结构主要包括两种构型。分别为p-i-n或n-i-p的三明治结构。其中包括电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层，以及两端的导电电极。虽然钙钛矿单节电池已经达到了很高的光电转化效率。但是，由于肖克利-奎伊瑟极限的存在，其效率要想更近一步已经十分困难。因此，为了突破这一极限，当前很多研究者的目光已经开始转向了全钙钛矿叠层电池。即将宽带隙的钙钛矿电池与窄带隙的钙钛矿电池串联在一起从而可以实现更大范围光的有效吸收，通过这样的方法从而突破这一理论极限。基于此就能够使得钙钛矿太阳能电池有着更加广泛的应用前景。

目前全世界的研究者主要所采用的全钙钛矿叠层器件结构都是p-i-n型与p-i-n型子电池串联。也就是常说的倒置结构与倒置结构串联。但是相比较于25.7％认证效率常规带隙的正置结构来说。在倒置结构的单节器件中，窄带隙钙钛矿太阳能电池的整体效率并不是特别理想。所以，为了能够进一步的提高全钙钛矿叠层电池的整体效率。如何制备高效的窄带隙钙钛矿太阳能电池也是目前广大科研工作者的主要关注点之一。

在已经报道的制备高光电转化效率窄带隙器件的方法中主要包括以下几种；

体掺杂、2D相的引入以及钙钛矿膜的后处理等。在钙钛矿前驱体溶液中添加碘化镉使得吸光层载流子扩散长度增加，进一步提高吸光层厚度使得电池电流提升从而提高整体效率的方法。或者在其前驱体中添加碘化镉的基础上又继续添加了碘化钡使得所制得的钙钛矿薄膜组分呈现梯度分布进一步促进了载流子的传输使得器件性能得以进一步的提高到21.2％，其短路电流密度达到了31.5mA/cm²。但是，针对于提高膜厚从而提高电流的方法中都不可避免的会导致整体缺陷增多从而使得开路电压损失。

通过进一步提高带隙以及采用苯乙基碘化铵和乙二胺氢碘酸盐对钙钛矿薄膜进行后处理从而对于碘化铅以及碘化亚锡进行选择性锚定有效地减少了缺陷的产生，最终得到了22.5％的光电转换效率，其开路电压达到了0.899V。但是，由于其钙钛矿带隙增加因此对于钙钛矿叠层电池来说并不是一个理想的选择。除此之外，考虑到窄带隙钙钛矿本身存在锡元素导致其室外环境的水氧稳定较差等因素。

采用乙酸丁基铵大阳离子的离子液体促进2D Ruddlesden-Popper相的锡基钙钛矿取向生长。但是相对于传统的3D钙钛矿相来说，2D相钙钛矿虽然水氧稳定性更好，但是其对于载流子的传输是不利的。

因此，如何制备一种无2D相，稳定性较好以及开路电压和短路电流密度，都没有明显降低的窄带隙钙钛矿薄膜对于全钙钛矿叠层电池来说是至关重要的。

发明内容