[发明专利]一种宽光谱钙钛矿太阳能电池及其制备方法

权利要求书

1.一种宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次层叠设置的FTO玻璃衬底、TiO₂致密层、TiO₂多孔发光层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述TiO₂多孔发光层中含有掺杂离子，所述掺杂离子包括Yb³⁺和其他离子，所述其他离子包括Ho³⁺、Er³⁺、Mn²⁺、Tm³⁺中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述TiO₂多孔发光层中，Yb³⁺和其他离子的摩尔比为3～20：1，优选为5：1。

3.根据权利要求1所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，在TiO₂多孔发光层中，所述掺杂离子和Ti的摩尔比为1:99～10：90。

4.根据权利要求1所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述Yb³⁺和其他离子来自含有这些离子的水合或非水合硝酸盐。

5.根据权利要求1所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述TiO₂多孔发光层按照包括如下步骤的方法制得：

将硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸锰中的至少一种的水溶液与硝酸镱水溶液滴加入钛酸酯溶液中，经水热处理，得掺杂的TiO₂沉淀；经干燥、研磨、煅烧、冷却得掺杂的TiO₂粉体，将所得的掺杂的TiO₂粉体制备成胶体，旋涂在TiO₂致密层上，然后进行热处理得到TiO₂多孔发光层。

6.根据权利要求1或5所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述TiO₂多孔发光层按照包括如下步骤的方法制得：将钛酸四丁酯在搅拌下滴加入去离子水中，于60～85℃恒温搅拌15～60min，然后将硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸锰中的至少一种的水溶液与硝酸镱水溶液滴加入钛酸四丁酯溶液中，在170～185℃下水热处理15～25h，得掺杂的TiO₂沉淀；经干燥、研磨、700～850℃煅烧、冷却得掺杂的TiO₂粉体，将所得的掺杂的TiO₂粉体加入聚乙二醇中，制备成胶体，将胶体旋涂在TiO₂致密层上，热处理得到TiO₂多孔发光层。

7.根据权利要求1～6任一项所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述TiO₂多孔发光层的厚度为50～500nm，孔径为5-80nm；

所述TiO₂致密层的厚度为40-80nm，所述钙钛矿吸光层的厚度为200-800nm，所述空穴传输层的厚度为40-120nm，所述金属电极的厚度为50-100nm。

8.根据权利要求1～6任一项所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述FTO玻璃衬底的方块电阻是5～20Ω，透过率为75～90％；所述钙钛矿吸光层的化学组成为CH₃NH₃PbI₃；所述空穴传输层为spiro-MeOTAD；所述金属电极为Au或Ag背电极层。

9.如权利要求1～8任一项所述的宽光谱钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括如步骤：

(1)清洗FTO玻璃衬底、烘干备用；

(2)在FTO玻璃衬底的导电面制备TiO₂致密层；

(3)在TiO₂致密层表面制备TiO₂多孔发光层；

(4)在TiO₂多孔发光层上制备钙钛矿吸光层；

(5)在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；

(6)在钙钛矿吸光层上制备金属电极。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，

步骤(4)中，按照包括如下操作的方法制备钙钛矿吸光层：将钙钛矿前驱体PbI₂的DMF溶液旋涂于TiO₂多孔发光层上形成薄膜，于90～105℃热处理20～40min，冷却至室温后，将CH₃NH₃I的异丙醇溶液滴加到薄膜表面，旋涂得到棕色薄膜，而后于70～85℃热处理20～40min，再经100～120℃热处理5～20min，得钙钛矿吸光层；

步骤(5)中，按照包括如下操作的方法制备空穴传输层：将4-叔丁基吡啶、二(三氟甲基磺酰)亚胺锂溶解于spiro-OMeTAD的氯苯溶液中，将其旋涂于钙钛矿吸光层上。