[发明专利]一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池结构及制作方法，尤其涉及一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法。

背景技术

现有的太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，简称光伏。晶硅基技术依然是目前实现工业光伏的主要手段，但晶硅生产成本太高、容易造成环境污染，且工业用硅需求量大。自2009年以来，钙钛矿作为一种成熟的、历史悠久的功能材料，在近、现代工业中有广泛的应用。基于钙钛矿ABX结构的薄膜太阳能电池有可能大幅度提高对太阳能的转化利用，具有制作工艺简单、原材料来源广泛、造价低廉等优点。一般A为甲胺基（CH₃NH₃），B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。

近几年，钙钛矿太阳能电池高速发展，从2009年到2013年，短短4年将其转化效率从3.8%提高到16.2%，超越了染料敏化、有机薄膜等所谓第三代太阳能技术的发展速度。新型的钙钛矿太阳能电池实际上是一种多层功能结构实现光电转化的微纳堆栈型结构，玻璃层上是ITO或掺杂F的氧化锡（FTO），其上是TiO₂、Al₂O₃或者ZnO作为介孔支架，然后填充钙钛矿材料形成的太阳光吸收混合层，其上是空穴传输层，最后是背电极Ag。 

自从2009年，A.Kojima等首先采用了钙钛矿材料作为太阳能电池的吸光材料，随着研究的深入，钙钛矿太阳能电池的效率不断提高。2012年，M.M.Lee等人和H.S.Kim等分别报道了高效的固态钙钛矿太阳能电池，大大的提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。之后，Pablo Docampo等用有机、无机两种蒸发源共沉积的方式制备CH₃NH₃PbI_3-xCl_x薄膜，获得厚度均匀、致密的功能层平板异质结，转化效率达15%。而Michael D.McGehee等利用混合级联有机电池覆盖在CIGS上的方式实现了21.4%的转化效率，是目前报道的最高转化效率，而且制备成本低廉。

发明内容

本发明的目的是提供一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构及制作方法，能够提高钙钛矿太阳能电池的转换效率。

本发明采用下述技术方案：

一种平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构，从下至上依次包括衬底、透明电极、太阳光吸收混合层、空穴传输层和金属背电极，所述的太阳光吸收混合层为具有介孔的柱阵列支架结构层，柱阵列上下表面、柱阵列间隙及柱内介孔间隙内填充有钙钛矿功能材料。

所述的太阳光吸收混合层为TiO₂、ZnO或Al₂O₃材料制成的具有介孔的柱阵列结构。

所述的钙钛矿功能材料采用CH₃NH₃PbI_3-xCl_x或MAPbICl钙钛矿功能材料。

所述的透明电极的制作材料采用ITO或FTO。

所述的空穴传输层的制作材料采用P3HT、spiro-OMeTAD或PTAA。

所述的金属背电极的制作材料采用Al、Cu或Au。

一种如权利要求1所述的平面-介孔混合钙钛矿太阳能电池结构的制作方法，包括以下步骤：

A：在衬底普通玻璃上淀积一层ITO或FTO薄膜，形成透明电极；

B：在透明电极上制备一层金属氧化物颗粒的支架结构，支架结构为具有介孔的柱阵列结构；

C：在太阳光吸收混合层的柱阵列上下表面、柱阵列间隙及柱内介孔间隙内填充钙钛矿功能材料；

D：在太阳光吸收混合层的上表面覆盖空穴传输层以及金属背电极。

所述B步骤中，以金属氧化物微细颗粒胶体为转移介质，利用气压纳米压印技术将金属氧化物颗粒介质压印成具有柱状阵列结构的支架结构，低温退火让金属氧化物微细颗粒之间进行微小量的热熔扩散，形成稳定的柱状阵列结构并同时形成柱内介孔间隙。

所述C步骤中，通过旋涂钙钛矿功能材料，利用微波晶化的方式形成致密均匀的钙钛矿层，重复旋涂和晶化过程，驱使钙钛矿功能材料在太阳光吸收混合层的柱阵列上下表面、柱阵列间隙及柱内介孔间隙内完全、均匀、致密的填充和晶化。