[发明专利]一种包含钙钛矿材料的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，特别是一种包含钙钛矿材料的高稳定性太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前商用太阳能电池市场上占主导地位的硅太阳能电池，即以晶体硅作为光电转化的材料。钙钛矿太阳能电池是目前较为新颖的一类太阳能电池，主要是利用类似ABX (A=CH NH + 等 ;B=Pb2+，Sn2+ 等 ;X=Cl-，Br-，I- 等 ) 具有钙钛矿结构的光伏材料来实现光电转换。近年来，人们研究发现，这类电池光电转化效率高，成本低。有希望成为低成本的下一代商用太阳能电池。

中国发明专利CN 104795501 A公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池由FTO透明导电玻璃衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层和金属电极组成，其吸光层为二维层状结构的钙钛矿材料，该发明采用旋涂法制备层状类钙钛矿吸光层，制备方法简单，成膜性能佳，所述吸光层材料随着层数的变化，其带隙可调，并且具有较好的化学稳定性，该材料在较高的空气湿度(50-80%)下暴露30天无化学分解，并仍然保持良好的层状结构，性能优异且稳定，不过其转化效率比较低。

中国发明专利CN104810479A公开了一种太阳能电池以及制作方法。避免了现有钙钛矿电池制作工艺对高温的需要，同时避免了目前钙钛矿电池要使用铅的缺点。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。该发明采用纳米氧化铝做电子传输层，以锡钛矿结构做吸收层，其电子传输层在150°C下操作即可完成，同时减少了铅的使用。其转化效率低于14%。

中国发明专利CN 104701023 A公开了一种钙钛矿太阳能电池的碳电 极材料及其制备方法，采用喷雾涂膜法在透明导电基 底上制备致密二氧化钛薄膜电子传输层，接着在 致密二氧化钛薄膜上制备钙钛矿结构的有机金属卤化物作为光吸收层，然后通过喷雾涂膜法在钙 钛矿薄膜光吸收层上制备空穴传输层 / 碳电极 层，得到的碳薄膜即为钙钛矿太阳能电池的碳电极层。该发明采用碳材料替代昂贵的贵金属作为空穴传输电极材料，降低成本。采用简单、快速、可规模化生产的喷雾涂膜法进一步节约了成本，并解决了钙钛矿太阳能电池电极成本高、真空蒸镀制备金属电极方法难以实现规模化生产的问题，适用于低温制备大面积钙钛矿太阳能电池的电极材料。该发明的电池的转化效率低于7%。

中国发明专利CN 104091889 B公开了一种半导体钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本 发明属于太阳能电池领域，解决现有钙钛矿太阳 能电池材料昂贵、工艺复杂的问题，同时保持较高 的光电转换效率。本发明的一种半导体钙钛矿太 阳能电池，自下而上依次包括基底、导电层、空穴 阻挡层、介孔电子收集层、介孔空穴收集层、介孔 背电极层，其制备方法包括制备电极区、制备空穴 阻挡层、制备介孔电子收集层、制备介孔空穴收集 层、制备介孔背电极层和充斥钙钛矿吸光材料步 骤 ;本发明的另一种半导体钙钛矿太阳能电池， 增加了介孔绝缘层，其制备方法相应增加制备介 孔绝缘层步骤。本发明解决了现有钙钛矿太阳能 电池的材料昂贵、工艺复杂的问题 ;在电池的开 路电压、短路电流和填充因子几方面都有提高。光电转换效率可以达到11.3%。

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，钙钛矿的产业化取决于两个条件，一是制造成本低，而是其转化效率要高，而目前其效率都还在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。寻找更高效率、稳定性更高的太阳能电池结构是人们工作的焦点。

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，本发明提供了一种包含钙钛矿材料的高稳定性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，提高电池的稳定性，改善器件性能。

本发明的技术方案如下 ：


1) 采用透光率在90%以上的玻璃作为透光层；

2) 采用导电玻璃作为透明电极层； 


3) 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；

4) 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；