[发明专利]一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，特别是一种具有异质结结构的高稳定性高转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着石油、煤炭等化石能源的日益枯竭，绿色、安全和可再生的太阳能是解决人类能源危机的一个可行方案，也是解决环境污染的理想方案。当前，人们主要利用晶硅来制造光伏材料，其成本高、污染重。目前主要还是依靠国家补贴来推广。更高的光电转换效率和更低的制造成本是全面推广光伏发电的前提条件。因此,兼具高效率和低成本特性的太阳能电池是人们不断追求的目标。


中国发明专利CN 104953031 A公开了一种钙钛矿型太阳能电池。该钙钛矿型太阳能电池在基板 (1) 上,包括 :第一电极 (2) ; 电子传输层 (3、4),含有电子传输性化合物,设在 上述第一电极 (2) 上 ;钙钛矿化合物层 (5),含有 钙钛矿化合物,设在上述电子传输层 (3、4) 上 ;空 穴传输层 (6),含有空穴传输化合物,设在上述钙 钛矿化合物层 (5) 上 ;以及第二电极 (7),设在上 述空穴传输层 (6) 上 ;上述钙钛矿型太阳能电池 的特征在于 :上述钙钛矿化合物用化学式 XαYβMγ 表示,在上述化学式中,X 为卤素原子,Y 为烷基胺 化合物,M 为含有铅和锑的混合物,α ∶ β ∶ γ 的比例为 3 ∶ 1 ∶ 1。

中国发明专利CN 104576932 A公开了一种双层纳米介孔电子传输层的 钙钛矿光伏电池及其制备方法。该电池由导电衬底、双层结构的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成。本发明的优点是:该钙钛矿光伏电池采用一步法低温生长的SnO2作为电子传输层,取代了两步法高温烧结的TiO2电子传输层,极大简化了制备流程。这种一步法低温制备的介孔钙钛矿光伏电池取得了13.82%的光电转换效率,同时有效的降低了制作成本。该钙钛矿光伏电池的介孔结构相比平面结构更易于钙钛矿吸光材料的附着,且 SnO2对钙钛矿吸光层的分解作用比TiO2较弱,提高了电池的性能与稳定性。该发明能够促进柔性太阳能电池的发展及推广,并进一步推进钙钛矿太阳能电池的工业化应用。

中国发明专利CN 104810479 A公开了一种太阳能电池以及制作方法。现有的钙钛矿电池,制作工艺对需要高温,限制了电池在柔性衬底的使用,同时效率低,而且钙钛矿电池 要使用铅,铅对人体以及环境有很大的危害。该发明提供了一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池,从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银,其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜,吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。该发明还提供了锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法。本发明采用纳米氧化铝做电子传输层,以锡钛矿结构做吸收层,该结构的特点为:电子传输层在150℃下操作即可完成,同时减少了铅的使用。由此生产的太阳能电池的转换效率可达到 13-14%。 


上述发明逐步将钙钛矿太阳能电池向产业化不断推进，不过，目前还不能大规模生产，因为其效率都还在15%以下，并且，由于当前钙钛矿电池对氧气敏感、缺陷较易形成，导致钙钛矿电池稳定性较差，寻找更高稳定的钙钛矿太阳能电池结构是人们一致努力的目标。

发明内容：

发明目的：为了充分利用钙钛矿材料的性质，制备可用于生产的钙钛矿太阳能电池,本发明提供了一种稳定性能较高的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。采用本发明的电池材料及其结构，能够大幅提高太阳能电池对光子的吸收及其转化效率，从而提高太阳能电池的光电转化效率,改善器件性能，并且能够大大提高电池的稳定性。

本发明的技术方案如下:


1) 采用导电玻璃作为透光／透明电极层； 


2) 制备过渡层：采用喷涂热分解技术在导电玻璃表面制备镍的氧化物层。厚度控制在5-50nm范围内；

3) 制备吸光层：

a. 配制PbI2溶液, PbI2的浓度为0.5-3.0Mol/L, 溶剂为二甲基甲酰胺；

b. 配制 CH3NH3I溶液: 浓度 10mg/mL, 溶剂为异丙醇；

采用溶液法原位合成钙钛矿材料 :先在过渡层上旋涂PbI2溶液，烘干后放入CH3NH3I 溶液中浸泡生长出钙钛矿材料，得到钙钛矿吸光层。通过控制PbI2与CH3NH3I反应溶液的浓度，控制钙钛矿的形貌与厚度，最后在5个大气压的作用下进行压片处理；厚度控制在20-100nm之间；

4）制备电子吸收层：

采用富勒烯衍生物的氯苯溶液旋涂于吸光层，烘干，得到电子吸收层，控制溶液的浓度与涂布厚度，使电子吸收层的厚度在30-150nm之间；