[发明专利]一种基于复合电子传输层的钙钛矿电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，特别涉及一种基于新型复合电子传输层的钙钛矿电池及制备方法。

背景技术

由于经济的快速发展，人口的急剧增加，工业化进程不断推进，能源短缺和环境污染成为当今人类面临的两大难题。快速发展清洁能源和可再生能源，是目前的主要解决手段。太阳能电池将光能转化为电能，具有清洁无污染的特点，具有非常广阔的应用前景。钙钛矿太阳能电池是目前快速发展的一类太阳能电池，具有效率高、成本低、制备简单等特点。经过几年的快速发展，已经由2009年的3.8％迅速提高到了22.1％。

钙钛矿太阳能电池按照结构划分为平面结构和介孔结构，主要包括透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光材料、空穴传输层、对电极等。钙钛矿材料吸光后产生光生电子和空穴，分别传到电子传输层和空穴传输层，与外电路相连形成回路，输出电能。目前主要的电子传输层材料主要为高化学稳定性的金属氧化物半导体，但是由于其低载流子迁移率、高缺陷浓度、能级不匹配等特性，严重制约了光生电子由钙钛矿光吸收层转移到电子传输层，造成器件低效率、正反扫不一致、性能不稳定等问题。

因此，提高金属氧化物电子传输层分离抽取光生载流子的能力，减少界面缺陷复合，优化电子传输层和钙钛矿活性层的能级匹配，显得极其重要。

发明内容

针对上述钙钛矿太阳能电池光生电子由钙钛矿光吸收层转移到电子传输层存在缺陷、能级不匹配等问题，本发明提出通过在电子传输层中复合不同电负性金属元素，改变元素化学态和电子结构，进而引起电子传输层能级分布变化，达到与钙钛矿光吸收更加匹配的能级排列，以提高载流子分离收集效率，减少界面复合，从而提高钙钛矿太阳能电池的光伏性能。

为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：

本发明基于复合电子传输层的钙钛矿电池，其电池结构自下而上包括衬底材料、透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和对电极，其中电子传输层为平面结构或者为多孔骨架结构。

所述衬底材料为硬质透明玻璃或者柔性有机塑料。

所述透明电极具有收集传输电子的能力，为铟锡氧化物、氟锡氧化物或铝锌氧化物，透光度>70％，面电阻<15Ω。

所述电子传输层具有把钙钛矿材料中光生电子分离传输到透明电极的作用，主要由金属氧化物组成，其中金属元素为两种或多种组合，具有不同电负性；所述多孔骨架为微孔互穿结构，金属颗粒粒径在10-50nm，厚度为80-600nm。

所述钙钛矿光吸收层材料为ABX₃型，其中A可以为Rb⁺、Cs⁺、CH₃NH₃⁺、HC(NH₂)₂⁺，B可以为Pb、Sn、Cu，X可以为Cl、Br、I、SCN等；钙钛矿光吸收层可与平面电子传输层形成平面异质结；或渗入填充多孔结构电子传输层，并在多孔骨架上面形成一层致密均匀的钙钛矿薄膜；钙钛矿薄膜厚度为100-1000nm。

所述的空穴传输层为Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、CuI、CuSCN、Cu₂O、NiOx和MoOx中的一种或多种。

所述对电极为不透明或者半透明的金属电极或者导电碳材料电极。

上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)配置溶于极性溶剂中的(FAPbI₃)_x(MAPbBr₃)_1-x钙钛矿前驱体溶液；配置溶于异丙醇的酸性异丙醇钛溶液，作为致密二氧化钛前驱体溶液；

(2)金属盐溶液制备：将高纯无水级氯化钇(YCl₃)金属盐粉末溶于无水级乙醇溶液，配置成0-20mg/ml不同浓度的溶液；