[发明专利]钙钛矿型太阳能电池的制备方法

说明书

本发明公布了一种钙钛矿型太阳能电池的制备方法，属于光电子材料与器件领域，其包括依次层叠的透明导电衬底、TiO₂电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属对电极层，其中，电子传输层制备包括以下步骤：步骤a，提供表面清洁的透明衬底材料，采用原子层沉积技术在衬底材料表面沉积二氧化钛致密薄膜；步骤b，采用分子层沉积技术在步骤a得到的二氧化钛致密薄膜上沉积含钛有机‑无机复合膜；步骤c，将步骤b得到的材料在400‑600℃下退火0.5‑5h，得到TiO₂电子传输层。本发明所述的TiO₂电子传输层不仅具有较高的结晶度，成膜均匀，阻抗较小，光生电流密度显著提高，能显著提升器件的光电转化效率和热稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池制备领域，尤其涉及一种钙钛矿型太阳能电池的制备方法。

背景技术

近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，光伏发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿薄膜太阳能电池因其具备高的光电转换效率，以及制作材料低成本等优势，成为新型太阳能电池中备受瞩目的研究热点，吸引了众多科研工作者的关注，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转化效率在5年的时间内从3.8％迅速提高到经过认证的19.3％(截止到2014年底)，把染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池等新型薄膜太阳电池甩在了身后。随着钙钛矿太阳能电池效率纪录不断被刷新，人们开始更加关注该电池的稳定性，使用寿命、重金属元素铅的替代和大面积柔性器件的制备等方面的研究。影响钙钛矿太阳能电池的效率和寿命的主要因素是平衡载流子在各层之间的传输及阻挡层，防止激子在电极界面复合猝灭的电子传输层。在已报道的高效率钙钛矿太阳能电池中，二氧化钛是使用率最高的电子传输层材料。然而，当前传统技术制备的二氧化钛传输层在紫外光照下，其表面的氧分子解吸附造成的器件不稳定，这将严重制约的钙钛矿太阳能电池的大规模应用。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供了一种TiO₂电子传输层比表面积大、热稳定性更高、光电转化效率极大提高的钙钛矿型太阳能电池的制备方法。

本发明提供了一种钙钛矿型太阳能电池的制备方法，其包括依次层叠的透明导电衬底、TiO₂电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属对电极层，其中，电子传输层制备包括以下步骤：

步骤a，提供表面清洁的透明衬底材料，采用原子层沉积技术在衬底材料表面沉积二氧化钛致密薄膜；

步骤b，采用分子层沉积技术在步骤a得到的二氧化钛致密薄膜上沉积含钛有机-无机复合膜；

步骤c，将步骤b得到的材料在400-600℃下退火0.5-5h，得到TiO₂电子传输层。

本发明提供的钙钛矿型太阳能电池的制备方法的有益效果是：

(1)本发明采用原子层沉积技术和分子层沉积技术制备的双层纳米结构TiO₂薄膜是由尺寸相对均匀的晶粒形成的一个密集互联网络，呈现出表面相对光滑且连续的形貌，与传统的溶胶-凝胶法制备的TiO₂薄膜相比，不仅具有较高的结晶度，成膜均匀，而且阻抗较小，光生电流密度显著提高，能显著提升器件的光电转化效率和热稳定性；

(2)本发明制备的双层纳米结构TiO₂薄膜作为电子传输层的钙钛矿太阳能电池具有较高的填充因子及光电转化效率，而且器件的稳定性好；

(3)本发明制备的电子传输层可以通过调节沉积循环次数来精确控制致密二氧化钛薄膜和多孔二氧化钛薄膜的厚度；