[发明专利]钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法。

背景技术

传统无机半导体太阳能电池存在高成本、高污染等问题，因此有必要寻找易于合成、低成本和环境友好的新材料，用于第三代薄膜太阳能电池。钙钛矿型有机金属卤化物材料(比如CH₃NH₃PbX₃(X＝I，Br，Cl))在近年来以其优异的光电性能、易于合成的性质吸引了众多科研人员的注意和研究兴趣。通过努力，目前国际上基于该材料的薄膜太阳电池的效率最高已经达到19％，具有很大的应用潜力。钙钛矿基薄膜太阳电池从结构上主要包括三种类型：(1)以多孔宽禁带半导体薄膜(如TiO₂，ZnO，SnO₂)为支架层的敏化型薄膜电池；(2)以多孔绝缘材料薄膜(如Al₂O₃，ZrO₂，SiO₂等)为支架层的介观超结构异质结薄膜电池；(3)不采用支架层的平面型异质结薄膜电池。

其中，不采用支架层的平面型异质结薄膜电池具有结构简单、制备过程简易的特点。但目前这种钙钛矿型薄膜太阳电池均使用金等贵金属材料，通过真空蒸镀等方法制成对电极，材料和设备成本非常昂贵。并且，其电池光电转换效率低于具有支架层的钙钛矿基薄膜太阳电池。

故从长远角度出发，采用更加便宜的材料制备对电极，降低对电极的成本，提高电池的光电转换效率对于该种电池的大规模应用和市场竞争力是非常必要的。

发明内容

本发明的一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷之一，提供一种低成本的钙钛矿基薄膜太阳电池。本发明另一个进一步的目的是要提供一种电池效率更高的钙钛矿基薄膜太阳电池。本发明再一个进一步的目的是要提供一种新的制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法，该方法节约成本，同时也适合于工业化生产。

按照本发明的一个方面，本发明提供了一种钙钛矿基薄膜太阳电池，包括：

透明衬底；

在所述透明衬底上形成的透明导电层；

在所述透明导电层上形成的且为半导体材料的致密层；

在所述致密层上形成的吸光层，所述吸光层由具有钙钛矿结构的有机金属半导体吸光材料形成；以及

在所述吸光层上形成的且为导电碳材料的对电极层。

可选地，所述对电极层中无明显的所述有机金属半导体吸光材料的存在。

可选地，所述对电极层为非多孔形式。

可选地，所述吸光层的厚度在20-500nm之间。所述吸光层的厚度可进一步优选在60-200nm之间。

可选地，所述钙钛矿基薄膜太阳电池还包括空穴传输层，形成在所述吸光层与所述对电极层之间。

可选地，所述钙钛矿基薄膜太阳电池还包括引出电极，形成在所述对电极层上。

按照本发明的另一个方面，本发明还提供了一种制备钙钛矿基薄膜太阳电池的方法，包括：

提供表面具有透明导电层的透明衬底；

在所述透明导电层上形成半导体材料的致密层；

在所述致密层上形成吸光层，所述吸光层由具有钙钛矿结构的有机金属半导体吸光材料形成；以及

在所述吸光层上形成导电碳材料的对电极层。

可选地，所述方法还包括在所述吸光层上形成空穴传输层，所述对电极层形成在所述空穴传输层上。

可选地，所述方法还包括在所述对电极层上形成引出电极。

可选地，将所述导电碳材料和粘结剂加入分散剂中形成均匀分散的对电极浆料，将所述对电极浆料涂覆在所述吸光层上，经干燥形成所述对电极层，

其中，所述分散剂为非极性有机溶剂，可选地，所述非极性有机溶剂选自苯、甲苯、氯苯、四氯化碳、乙酸乙酯、石油醚、高级脂肪烃、高碳醇中的一种或多种；所述粘结剂为能溶于所述分散剂的高分子材料。

可选地，采用选自搅拌法、超声法、研磨法、球磨法中的一种或多种将所述导电碳材料和粘结剂均匀分散在所述分散剂中形成所述对电极浆料；和/或

采用选自刮涂法、喷涂法、丝网印刷法、挤涂法中的一种将所述对电极浆料涂覆在所述吸光层上。