[发明专利]一种高效稳定的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

摘要

本发明公开了一种高效稳定的钙钛矿太阳能电池，由透明导电玻璃、电子传输层、介孔层、钙钛矿层、空穴传输层和背电极依次叠层而成。本发明在制备钙钛矿层时，在传统的有机无机金属卤化物钙钛矿的前驱液中加入一定量的对苯二甲酸(TPA)添加剂，使得钙钛矿晶体的生长动力学发生了变化，制得的钙钛矿层晶界被填补，形成联结的大尺寸钙钛矿晶粒。这种方法制备的钙钛矿太阳能电池与无添加剂的钙钛矿太阳能电池相比，光生激子在晶界处的湮灭减少，使得光电转换效率明显增加。此外，该钙钛矿层晶界减少，水汽及氧等很难从晶界进入腐蚀钙钛矿层，从而使整个电池的稳定性明显变好。

主权项

1.一种高效稳定的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由导电玻璃衬底、致密层、二氧化钛介孔层、钙钛矿层、空穴传输层和金属背电极依次堆叠组成，致密层厚度30‑50纳米，二氧化钛介孔层厚度200‑600纳米，钙钛矿层厚度200‑600纳米，空穴传输层厚度30‑200纳米，金属背电极厚度50‑200纳米，其特征在于，所述钙钛矿层为含对苯二甲酸添加剂的钙钛矿层，具体制备包括以下步骤：1）、在洁净的FTO导电玻璃上旋涂浓度为0.3‑0.7摩尔/升的钛酸异丙酯乙醇溶液，厚度控制在30‑50纳米，400‑550℃退火0.5‑2小时，形成二氧化钛致密层；2）、在上述致密层之上，旋涂二氧化钛纳米颗粒浆料，厚度控制在200‑600纳米，400‑550℃退火0.5‑2小时，形成二氧化钛介孔层；3）、采用旋涂法制备钙钛矿层将甲基碘化铵(CH₃NH₃I)和碘化铅(PbI₂)按1︰1摩尔比溶解到DMF和DMSO的混合液中形成钙钛矿前驱液，浓度为0.5‑1.5摩尔/升，其中DMF和DMSO的混合液中DMF与DMSO的体积比为7:3‑9:1；搅拌澄清后加入对苯二甲酸，加入的对苯二甲酸的量在前驱液中的浓度在8‑15毫克/毫升之间，充分搅拌；将含对苯二甲酸的钙钛矿前驱液旋涂在上述二氧化钛介孔层之上，90‑110℃退火2‑30分钟，形成钙钛矿层，厚度控制在200‑600纳米；4）、在上述钙钛矿层之上旋涂空穴传输层空穴传输层材料的合成步骤如下：首先配制浓度为0.5‑1.5摩尔/升的2,2,7,7‑四[N ,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9‑螺二芴(Spiro‑OMeTAD)的氯苯溶液，然后加入1摩尔/升的双三氟甲烷磺酰亚胺锂(Li‑TFSI)的乙腈溶液和4‑叔丁基吡啶(tBP)，其中Spiro‑OMeTAD、Li‑TFSI与tBP的摩尔比为：1:0.3:0.8；然后将上述混合液旋涂在上述钙钛矿层上得到空穴传输层，厚度控制在30‑200纳米；5）、真空热蒸镀法制备金属背电极在空穴传输层之上，真空热蒸镀一层厚度为50‑200纳米的金、银、铝或银铝合金电极；得到所述钙钛矿太阳能电池。