[发明专利]一种机械叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效叠层太阳能电池及其制备方法，可以极大提高对太阳能的利用效率 和太阳能电池的光电转换效率，属于太阳能电池及其制备技术领域。

背景技术

太阳能电池是各种清洁能源技术中最有效的技术方案之一，它对于解决人类发展过程中 的能源与环境问题具有重要的意义。钙钛矿太阳能电池自2009年首次以3.8％的光电转化效率 出现后，其效率在随后短短五年里以前所未有的速度不断攀升。截止2014年12月12日由美国 国家可再生能源实验室认证的钙钛矿太阳能电池的最高效率达到20.1％。因此，可以说钙钛 矿太阳能电池代表着19世纪70年代以来光伏技术领域最有意义的突破，也是近几年国内外各 科研单位及企业的研究热点。追求更高光电转换效率是光伏技术领域的科学家和工程师们的 不懈追求。单结钙钛矿太阳能电池当前的效率已达20％左右，单结钙钛矿太阳能电池的理论 极限效率为25％-31％，因此，要进一步提高其效率会更加困难。因而发展钙钛矿叠层太阳能 电池又将是钙钛矿太阳能电池研究领域一个重要的方向。

当前钙钛矿叠层太阳能电池的研究主要是将钙钛矿太阳能电池和传统的太阳能电池如铜 铟镓硒(CIGS)太阳能电池、硅太阳能电池等结合起来。斯坦福大学MichaelD.McGehee教 授课题组制备出效率为18.6％的钙钛矿/铜铟镓硒机械式叠层太阳能电池 (DOI:10.1039/c4ee03322a)。美国加州大学杨阳教授课题组制备出效率为15.5％的钙钛矿/铜铟 镓硒四电极端点叠层太阳能电池(DOI:10.1021/acsnano.5b03189)。此外，牛津大学HenrySnaith 教授加盟的牛津光伏有限公司(OxfordPhotovoltaicsLtd)旨在研发钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳 能电池，他们预计钙钛矿/铜铟镓硒叠层太阳能电池的光电效率会达到30％。尽管将钙钛矿与 技术成熟的CIGS、单晶硅等太阳能电池结合制备出相应的叠层太阳能电池可以一定程度提高 光电转换效率并使得电池具有更大的市场应用潜力。然而，CIGS太阳能电池的制备工艺存在 相对复杂、制备周期长、铟是稀有金属等不足，单晶硅太阳能电池的制造工艺更为复杂，存 在高能耗、制备周期长、生产过程排放有毒物质等诸多不足。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足而提供一种机械叠层钙钛矿太阳能电池及其制备 方法，它可使顶、底层太阳能电池各功能层的制备能彼此不受干扰，并采用全溶液法制备工 艺具有超低能耗、工艺设备简单、低成本、制备周期短等优点，可以极大地提高钙钛矿太阳 能电池的光电转换效率。

为实现以上发明的目的，本发明采用以下技术方案：一种机械叠层钙钛矿太阳能电池， 由顶层太阳能电池和底层太阳能电池的透明导电玻璃面相互粘结而成，其特征在于：所述顶 层太阳能电池自下而上包括顶电池FTO透明导电玻璃、顶电池二氧化钛致密层、顶电池二氧 化钛介孔层、宽带隙钙钛矿吸光层、纳米银线透明导电油墨电极；所述底层太阳能电池自下 而上包括底电池FTO透明导电玻璃、底电池二氧化钛致密层、底电池二氧化钛介孔层、窄带 隙钙钛矿吸光层、碳电极；从顶层太阳电池引出一对电极，同时从底层太阳电池引出另一对 电极，构成四个电极端点的机械叠层钙钛矿太阳能电池。

其中，所述的机械叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：顶层太阳能电池是用宽带隙钙 钛矿薄膜(禁带宽度在1.7eV左右)作为光吸收层，所述宽带隙钙钛矿薄膜包括CsPbI₃(禁带 宽度：1.73ev)、CH₃NH₃SnIBr₂(禁带宽度：1.75ev)、CH₃NH₃PbI₂Br(禁带宽度：1.8ev)，主要 吸收太阳光能谱中波长较短的光。

其中，所述的机械叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于：底层太阳能电池是用窄带隙钙 钛矿薄膜(禁带宽度在1.0eV左右)作为光吸收层，所述窄带隙半导体薄膜包括CH₃NH₃SnI₃(禁 带宽度：1.1ev)、CH₃NH₃Sn_0.9Pb_0.1I₃(禁带宽度：1.18ev)，用于吸收太阳光能谱中波长较长的 光。