[发明专利]一种阶梯式吸收层结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种阶梯式吸收层结构的钙钛矿太阳能电池，以层状结构依次包括导电玻璃层、钙钛矿层组和金属电极，其特征在于：所述钙钛矿层组包括层状分布的多个带隙不同的钙钛矿层钙钛矿层组至少包含两层以上的钙钛矿层。相比现有技术，本发明的叠层设计降低钙钛矿材料与金属电极或者导电玻璃层接触界面上的电子空穴对的复合比例，从而有效提升钙钛矿太阳能电池的开路电压。同时，钙钛矿层叠层设计能有效增强对太阳光的吸收，增加电池的短路电流密度。本发明还包括阶梯式吸收层结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法。

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池及其制备方法，特别是一种阶梯式吸收层结构的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池由于其成本低，性能好，制备简单受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22％，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最为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，一般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有 CH₃NH₃PbI₃ ，CH₃NH₃PbCl₃，CH₃NH₃PbBr₃，或CH₃NH₃PbI_3–xCl_x, CH₃NH₃PbI_3–xBr_x（0<x<3)，它的带隙约为1.1-1.5eV，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。

现有传统的叠层太阳能电池制备工艺存在相对复杂、制备周期长等缺点，同时单晶硅太阳能电池的制造工艺更为复杂，存在高能耗、制备周期长、生产过程排放有毒物质等诸多不足。

中国专利201410120606.9公布了一种基于纳米氧化物电子传输层的钙钛矿电池，该电池的结构包括第一电极、纳米氧化物电子传输层、钙钛矿结构吸光层、空穴传输层和对电极构成，其中：二维纳米结构是纳米级的二氧化钛薄膜、氧化锌薄膜或以二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝为基础的多层薄膜；一维纳米结构是纳米级的管、线或棒状的二氧化钛、氧化锌或以二氧化钛、氧化锌、三氧化二铝为基础的复合纳米级的管、线或棒状结构。该结构能级匹配不佳，不利于电压的进一步提高。

中国专利201610664241.5 公布了一种新型的低温溶液法制备的平面异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，电池结构包括 ：透明导电衬底 ，空穴传输层，钙钛矿活性层，缓冲层，电子传输多层结构，金属背电极。该电池在电压上仍然具有提升空间。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，光电转换效率更高，能够有效提升开路电压的阶梯式吸收层结构的钙钛矿太阳能电池。

本发明的目的还在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种步骤更为简单合理，用于制备稳定性更好的阶梯式吸收层结构的钙钛矿太阳能电池的制备方法。