[发明专利]一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和衬底的正置器件或依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和衬底的倒置器件；所述光吸收层的材料为B‑γ‑CsSnBr₃，所述B‑γ‑CsSnBr₃具有钙钛矿结构。本申请还提供了上述无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法。本申请利用Sn离子作为钙钛矿光吸收层中的替代离子，从而形成环境友好且稳定性好的无铅钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种无铅钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在众多的新型太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池近两年脱颖而出，吸引了众多科研工作者的关注。钙钛矿太阳能电池的发展起源于敏化太阳能电池，且基于敏化太阳能电池、有机太阳能电池等在过去二十年里积累的经验，才得以飞速发展。

钙钛矿是一类具有高度对称紧密堆积结构的材料，化学和物理性质多样，在过去的数十年里得到了广泛的研究。近年来，基于无机有机杂化钙钛矿的太阳能电池得到了前所未有的关注，多晶薄膜钙钛矿光伏器件的功率转换效率已经超过22.1％，但目前杂化钙钛矿材料的稳定性很差，暴露在光照、受热或者与水和氧气接触的条件下极容易在短时间内降解失效。另外，目前主流的杂化钙钛矿材料(CH₃NH₃PbBr₃)含有有毒的重金属元素铅，由于铅的毒性比较大，目前高效的钙钛矿太阳能电池中的铅对环境造成很大污染还对人的神经系统、生殖系统和脑部系统造成不可逆转的损伤，所以急需开发高效率的无铅钙钛矿太阳能电池。

因此，寻找环境友好的金属离子来取代铅是钙钛矿进一步发展的重点之一，研发环保绿色稳定的无铅钙钛矿太阳能电池具有重要的意义和应用价值。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种无铅钙钛矿太阳能电池，本申请提供的无铅钙钛矿太阳能电池稳定性好，且环境友好。

有鉴于此，本申请提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的电极、电子传输层、光吸收层、空穴传输层和衬底的正置器件或依次叠加设置的电极、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和衬底的倒置器件；所述光吸收层的材料为B-γ-CsSnBr₃，所述B-γ-CsSnBr₃具有钙钛矿结构。

优选的，所述光吸收层的厚度为450nm～550nm。

优选的，所述电极的材料为Ag、Al或导电碳材料；所述电子传输层的材料为ZnO、TiO₂或有机电子传输材料；所述空穴传输层的材料为无机p型半导体或有机空穴传输材料；所述衬底为ITO导电玻璃或FTO导电玻璃。

优选的，所述电子传输层的厚度为20～200nm，所述空穴传输层的厚度为20～200nm，所述电极的厚度为80～120nm。

本申请还提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上制备空穴传输层，在所述空穴传输层上制备光吸收层，在所述光吸收层上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备电极；

所述光吸收层的制备过程具体为：

采用真空热蒸发沉积法在所述空穴传输层上依次制备CsBr薄膜和SnBr₂薄膜，然后进行退火，得到光吸收层。

本申请还提供了一种无铅钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

在衬底上旋涂电子传输层，在所述电子传输层上制备光吸收层，在所述光吸收层上制备空穴传输层，在所述空穴传输层上制备电极；

所述光吸收层的制备过程具体为：