[发明专利]一种基于钙钛矿材料的太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于钙钛矿材料的太阳能电池及其制备方法，由表层向里层依次包括透明基底层、透明导电电极、空穴传输层或电子传输层、钙钛矿层、电子传输层或空穴传输层以及金属导电层，钙钛矿层包括碘化铅络合物，碘化铅络合物是将无水碘化铅粉末（化学通式PbI₂）与二甲基亚矾溶剂、或N,N‑二甲基甲酰胺溶剂、或甲胺的四氢呋喃溶液相混合，使得PbI₂粉末完全溶解于二甲基亚矾溶剂、或N,N‑二甲基甲酰胺溶剂、或甲胺的四氢呋喃溶液中，再加入氯苯溶剂搅拌混合后静置，并经过过滤后得到的析出物。本发明降低了CH₃NH₃PbI_3‑nY_n晶体转化条件，减少PbI₂杂质残留，提高薄膜的平整度，提高钙钛矿层薄膜的光能吸收效率，提高太阳能电池的效率和稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能应用技术领域，特别涉及一种基于钙钛矿材料的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

基于钙钛矿材料的太阳能电池是一种使用诸如(CH₃NH₃PbX_3-nY_n)形式的化合物作为吸光材料的太阳能电池，其中X、Y=Cl、Br、I等。电池的基本结构如图1所示，从下往上依次分为透明基底层、透明导电电极、空穴/电子传输层、钙钛矿层、电子/空穴传输层、金属电极。其中研发重点关注的是钙钛矿层。

现有的形成钙钛矿层的主要方法首先将无水碘化铅粉末（PbI₂）直接溶解于N,N-二甲基甲酰胺（DMF），加热溶液，此后将溶解好的溶液旋涂在玻璃基底表面，形成一层PbI₂薄膜， 加热这层薄膜使得溶剂完全挥发； 然后将载有PbI₂薄膜的玻璃基底在甲基碘化铵（MAI）的异丙醇（IPA）溶液中浸泡30秒左右之后取出、旋转甩干、再滴一定量的异丙醇，甩干；或者直接在PbI₂上面旋涂MAI溶液。此后，把薄膜连同玻璃基底转移到加热台上，70~100摄氏度加热10~120分钟。在这个过程中MAI将与PbI₂反应，转化成大小不一的(CH₃NH₃)PbI₃晶体。由于PbI₂厚度较厚（一般大于200 纳米），不易于MAI完全反应，反应不完全，因此当形成了(CH₃NH₃)PbI₃晶体后，仍旧会有少量的PbI₂杂质残留在薄膜中，影响薄膜性质稳定，降低了太阳能吸收效率。此外，还影响了薄膜的平整度，造成薄膜的厚度不一，平整度差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于钙钛矿材料的太阳能电池及其制备方法，公开了一种钙钛矿层材料的合成技术，降低了CH₃NH₃PbX_3-nY_n晶体转化条件，减少PbX₂杂质残留，提高薄膜的平整度，从而极大地提高钙钛矿层薄膜的光能吸收效率。

本发明是这样实现的，提供一种基于钙钛矿材料的太阳能电池，由表层向里层依次包括透明基底层、透明导电电极、空穴传输层或电子传输层、钙钛矿层、电子传输层或空穴传输层以及金属导电层，钙钛矿层包括碘化铅络合物，碘化铅络合物的化学通式为：PbI₂(U)，其中， U为二甲基亚矾（简称 DMSO）、N,N-二甲基甲酰胺（简称DMF）以及甲胺（简称MA）三种化合物中的任意一种；

碘化铅络合物是将无水碘化铅粉末（化学通式PbI₂）与二甲基亚矾溶剂、或N,N-二甲基甲酰胺溶剂、或甲胺的四氢呋喃溶液相混合，使得PbI₂粉末完全溶解于二甲基亚矾溶剂、或N,N-二甲基甲酰胺溶剂、或甲胺的四氢呋喃溶液中，再加入氯苯溶剂搅拌混合后静置，并经过过滤后得到的析出物。