[发明专利]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，本发明还涉及该电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于其成本低，性能好，制备简单收到科研以及产业界的高度重视。钙钛矿材料从2009年用于太阳能电池，到目前效率已经达到将近20％，是初始时的电池效率的5倍，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，钙钛矿太阳能电池是近三年来发展非常迅速的低成本薄膜太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池结构核心是具有钙钛矿晶型(ABX₃)的有机金属卤化物吸光材料。在这种钙钛矿ABX₃结构中，A为甲胺基(CH₃NH₃)，B为金属铅原子，X为氯、溴、碘等卤素原子。目前在高效钙钛矿型太阳能电池中，最常见的钙钛矿材料是碘化铅甲胺(CH₃NH₃PbI₃)，它的带隙约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800nm以下的太阳光。而且，这种材料制备简单，将含有PbI₂和CH₃NH₃I的溶液，在常温下通过旋涂即可获得均匀薄膜。上述特性使得钙钛矿型结构CH₃NH₃PbI₃不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。

钙钛矿太阳能电池目前有多种结构：含多孔二氧化钛的介观电池，无多孔二氧化钛的平面电池，含多孔绝缘氧化物(三氧化二铝，氧化锆)的超结构介观电池等。

目前，研究热点集中于通过调节有机无机杂化钙钛矿的A位，B位以及X位来调节其性能，进一步优化钙钛矿的光电转换性能。B通常为二价金属离子，目前对其进行改变的元素据报道仅有Sn元素。二价Sn²⁺替换Pb拓宽了材料的光谱吸收。但是其缺点非常明显。拓宽光谱吸收牺牲了电池的开路电压，同时Sn²⁺在通常环境下非常不稳定，容易转化为Sn⁴⁺，从而使得器件性能恶化与不稳定。

综上所述，现有技术存在的问题是：

1)有机无机杂化钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃需要进一步优化，提高其光电光电转换性能；

2)目前的Sn替换Pb对电池的开路电压不利。并且严重影响了器件稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而提供一种钙钛矿掺杂来提高电池内部的内建电场的钙钛矿太阳能电池。

本发明所要解决的又一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种钙钛矿掺杂来提高电池内部的内建电场的钙钛矿太阳能电池制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于依次包括导电玻璃层、致密二氧化钛膜、多孔二氧化钛膜、掺杂CH₃NH₃Pb_1-xSb_2x/3I₃多晶膜、空穴传输材料层及蒸镀银电极层，所述的掺杂CH₃NH₃Pb_1-xSb_2x/3I₃多晶膜中高价态元素Sb取代CH₃NH₃PbI₃中的Pb元素形成n型掺杂的CH₃NH₃Pb_1-xSb_2x/3I₃杂化材料，X为0.005～0.1。

作为优选，所述的致密二氧化钛膜厚度为20～200纳米，所述的多孔二氧化钛膜厚度为200纳米～1微米，所述的甲胺铅碘多晶膜厚度为200纳米～1.5微米，所述的空穴传输材料层厚度为50～500纳米，所述的蒸镀银电极层厚度为50～200纳米。

作为优选，所述的空穴传输材料层为spiro-MeOTAD或3-己基取代聚噻吩。

一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

①将碘甲胺和氯化铅以摩尔比5:1～1:1溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀。将一定量氯化锑加入溶液中，搅拌均匀；