[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池，特别涉及一种采用卤代烷烃添加剂改善有机无机铅杂化钙钛矿薄膜成膜质量的太阳能电池。

背景技术

全球能源危机以及化石燃料导致的环境污染问题日益严重，已成为各个国家经济发展面临的首要问题。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的绿色能源，是替代目前化石燃料的最理想方式。太阳能光伏电池是一种目前采用的最广泛、最有效的转变太阳能器件之一。目前光伏市场以晶体硅太阳能电池为主导，另外还有砷化镓、碲化镉以及叠层GaInP/GaAs/Ge等为活性材料的无机光电器件。然而此类电池成本高，生产工艺复杂等问题极大地限制了其大规模实际应用。相比之下，钙钛矿太阳能电池因材料其成本廉价，制备温度低，工艺简单，效率高(超过20％)，可大面积，柔性化等优势，受到了极大的关注。

自2012年英国科学家史内斯等人相继在世界顶级杂志上报道了有机无机钙钛矿太阳能电池效率突破10％后，全球科学家对钙钛矿太阳能电池的进行了深入的研究。全世界大部分太阳能电池研究者们都参与到这项工作中来，从各个方面对其进行研究，其中对于钙钛矿电池中最重要的光活性层，即有机无机铅钙钛矿层。虽然目前制备的钙钛矿电池效率普遍很高，但其本体薄膜一般为溶液法制备的多晶体系，具有很多缺陷，主要有以下几种。其一，一般制备的钙钛矿薄膜晶体取向趋于杂乱，导致激子在不同取向的晶体内传输不一致，且其在不同晶粒与界面接触时分离效果也不相同。其二，普通方法制备的钙钛矿薄膜具有较多晶格缺陷，主要原因是晶体表面铅缺失碘引起的空位，这些空位成为电荷复合的中心，通常可以用荧光光谱(PL)等光电测试方法来表征薄膜缺陷的多少。其三，普通钙钛矿薄膜质量不高，晶粒较小。

因此，通过改善钙钛矿薄膜，其器件表现任然有很大的提升空间。要制备更高效更稳定的钙钛矿薄膜，最有效的办法是通过本体修饰，降低晶体缺陷，减小孔洞，使其能更好地吸收光子，降低激子淬灭率和电子空穴复合率。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法.

本发明的技术方案如下：

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于：

所述钙钛矿太阳能电池包括正向结构和反向结构，

制备钙钛矿太阳能电池反向结构方法如下：

a.在清洗干净并经臭氧处理过的ITO衬底上旋涂PEDOT:PSS，经退火处理后，形成一层厚度均匀的PEDOT:PSS薄膜；

b.在PEDOT:PSS薄膜上旋涂钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿活性层，退火薄膜变黑后再旋涂PC61BM溶液；

c.待溶剂自然挥发后，再悬涂氧化锌纳米颗粒；

d.利用真空热蒸镀铝电极；

制备钙钛矿太阳能电池正向结构方法如下：

a1.在清洗干净并经臭氧处理过的ITO衬底上旋涂氧化钛前躯体溶液，经退火处理后，形成一层厚度均匀的氧化钛薄膜；

b2.在氧化钛薄膜上旋涂钙钛矿前驱体溶液制备钙钛矿活性层，经退火处理后，薄膜变成黑色，并在其上表面悬涂Spiro-OMeTAD溶液；

c3.放置于干燥柜常温氧化24小时后，利用真空热蒸镀银电极。

进一步的，所述钙钛矿前驱体溶液为，将结构式符合ABX3的A、B两种卤素盐与卤代烷烃M进行混合，并加入DMF溶剂，配备质量分为40％的钙钛矿前驱体溶液。

进一步的，所述ABX3结构中，A为甲胺、甲基二胺、铯、铟中的任一种，B为铅、锡中的任一种，X为氯、溴、碘中的任一种。

进一步的，所述钙钛矿溶液结构式为M_yA_(1-y)B_3-xX_x，其中0<y<1，0≤x≤3。

进一步的，所述步骤a和步骤a1中，清洗步骤为依次用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗20min，用氮气吹干后臭氧处理15min。

进一步的，所诉步骤a中退火为置于空气气氛中140℃退火20min，所述步骤b中退火为氮气气氛中100℃退火30min。

进一步的，所述步骤a1中退火为空气气氛中150℃退火60min，所述步骤b1中退火为氮气气氛中100℃退火30min。

一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于：

所述太阳能电池包括正向结构和反向结构，