[发明专利]一种使用多功能透明电极的太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池器件技术领域，特别涉及一种使用多功能透明电极的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机无机钙钛矿太阳能电池电池自从2009发现以来，其光电转换效率已经从初始的3.8％提高到目前的22.1％。其光电转换效率已经接近或者超过了传统的多晶硅、碲化镉以及铜铟镓硒等。钙钛矿电池发展速率是任何一类太阳能电池都不可比拟的。目前，高效的钙钛矿电池均采用介孔的TiO₂结构，而这一结构所采用的介孔TiO₂必须要高温烧结，在实际生产过程中会增加成本。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种使用多功能透明电极的太阳能电池及其制备方法，将一层多功能的氧化锡纳米材料薄膜作为钙钛矿电池结构中的透明电极层和电子传输层(电子抽取层)，在此基础上构建钙钛矿型太阳能电池，以达到简化电池结构、降低制备成本的目的。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种使用多功能透明电极的太阳能电池，包括：

氧化锡薄膜层102，同时作为电极层与电子传输层；

金属电极层108；

以及设置在氧化锡薄膜层102和金属电极层108之间的钙钛矿活性层104。

所述氧化锡薄膜层102厚度10-100nm；所述金属电极层108为金层、银层、铝层或铂层，厚度为40-100nm；所述钙钛矿活性层104结构为RNH₃AX_nY_3-n，其中R为烃基；A为Pb或Sn；X和Y为Cl、Br或I；n为0-3的实数，厚度约为300-500nm。

本发明还包括设置在钙钛矿活性层104和金属电极层108之间的空穴传输层106。所述空穴传输层106为与钙钛矿活性层104材料能级相匹配的有机、无机材料层，厚度约为100nm。

本发明还提供了所述使用多功能透明电极的太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1，制备氧化锡薄膜层102；

步骤2，在氧化锡薄膜层102上依次制备钙钛矿活性层104、空穴传输层106和金属电极层108。

所述氧化锡薄膜层102采用原子沉积、气相沉积、磁控溅射或旋涂方法进行制备。

所述氧化锡薄膜层102采用旋涂方法进行制备的步骤如下：

将直径1-10nm的氧化锡纳米粒子悬浮液直接作为旋涂液，在玻璃基底上以1000-4000rpm，20-60s的旋涂参数进行不同厚度氧化锡层的制备。

还可利用卷对卷制备工艺进行大规模生产得到柔性的氧化锡薄膜层102。

所述钙钛矿活性层104采用旋涂法、气相沉积、磁控溅射或者卷对卷工艺进行制备；所述金属电极层108采用热蒸发、磁控溅射、原子沉积、激光沉积或卷对卷工艺进行制备。

所述钙钛矿活性层104采用卷对卷工艺进行制备，步骤为：将活性材料的浆料通过狭缝涂布、刮刀涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨涂布或喷墨印刷等方法制备形成；其中，若选用刮刀涂布方法，则其溶剂为DMF，将钙钛矿配成质量分数为20-25％的浆料，刮刀涂布速度为15-35mm/s，涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中120-140℃退火20-40分钟，得到厚度约为300-500nm的钙钛矿活性层104；

所述空穴传输层106采用刮刀涂布方法进行制备，步骤为：以PEDOT：PSSAI4083水溶液为浆料，用异丙醇按照1：3配比稀释，刮刀涂布速度为15-35mm/s，涂布温度为45-70℃，刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80-100℃退火10-20分钟，得到厚度约为100nm的空穴传输层106。

所述金属电极层108采用卷对卷工艺进行制备，步骤为：将导电金属电极材料的浆料通过狭缝涂布、刮刀涂布、丝网印刷、凹版印刷、喷墨涂布、喷墨印刷等方法制备形成；其中，若选用刮刀涂布方法，则使用材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度25g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm，刮刀涂布速度为15-35mm/s，涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中70-90℃退火10-20分钟，得到厚度约为40-100nm的金属电极层108。