[发明专利]一种钙钛矿材料及其在太阳能电池应用和太阳能电池的制备方法

说明书

本发明提供了一种钙钛矿材料及其在太阳能电池应用和太阳能电池的制备方法，步骤如下：将甲基碘化铵、碘化铅、碘化锡和溴化铜或甲基碘化铵、碘化铅和溴化铜的前驱体材料溶于γ‑丁内酯和二甲基亚砜混合溶剂中制成钙钛矿溶液；使用低温制备的TiO₂作为阴极传输层；将三元铅锡铜钙钛矿溶液加工到阴极传输层上，之后将2,2',7,7'‑四[N,N‑二(4‑甲氧基苯基)氨基]‑9,9'‑螺二芴加工到结感光层上，得到空穴传输层；然后沉积阳极电极，即得到高效环保的钙钛矿型太阳能电池。本发明得到的钙钛矿型太阳能电池的能量转换效率高，环境友好，工艺简单，钙钛矿晶体特性好。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿材料及其在太阳能电池应用和太阳能电池的制备方法。

背景技术

随有机金属卤化物钙钛矿是一类具有吸引力的光伏半导体，因为其具有优良的光电特性，例如宽带吸收，长载流子扩散长度，低成本材料。目前，钙钛矿太阳能电池已经具有22.1%的能量转换效率。迄今为止，大多数高性能钙钛矿太阳能电池仍然依赖于基于铅的钙钛矿。然而必须考虑铅对土壤和/或水的严重污染。其对人类潜在的健康风险以及对生态系统的危害，可能会降低市场对含铅电池的接受度。寻找可以呈现与铅相似的性质的无铅或低毒金属卤化物钙钛矿，是应对这一挑战的有效途径。一些低毒金属阳离子即已经使用Sn（II），Ge（II），Mn（II），Cu（II），Co（II），In（III），Al（III）和Sb部分取代二元金属钙钛矿太阳能中的Pb，其中以Ge（II），Mn（II），Co（II），In（III）和Sb（III）为主，有限的元素储备限制了它们的商业应用。

幸运的是，Sn（II）被证明是一个理想的取代铅的材料，其离子半径和电子配置与铅元素极其相似。目前基于锡的无铅钙钛矿太阳能其能量转换效率在6%左右。但是，效率仍然远低于铅基钙钛矿器件。利用多元钙钛矿调整吸收的有效波长区域，提高器件性能的有效途径之一。其中，Pb-Sn二元金属钙钛矿可以将吸收边延伸到超过1000nm。然而，能量转换效率仍低于铅基的钙钛矿太阳能电池。Pb-Sn二元金属钙钛矿较低的能量转换效率主要归因于不饱和的钙钛矿结晶中Sn²⁺容易被氧化为Sn⁴⁺。另外，器件质量较差的的原因还在于钙钛矿薄膜较差的均匀性和覆盖范围。因此寻求其他低毒元素和开发新型多元体系是制备高性能稳定钙钛矿器件所必需的。

发明内容

要解决的技术问题：针对现有的铅基钙钛矿污染环境，影响人体健康以及能量转换效率低等缺点，本发明提供一种铅锡铜三元钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。

技术方案：一种铅锡铜三元钙钛矿材料，所述铅锡铜三元钙钛矿材料的分子式为MAPb_1-x-ySn_xCu_yI_3-aBr_a，其中0＜x＜0.1 ，0＜y＜0.1 ，0＜a＜3。

一种铅铜二元钙钛矿材料，所述铅铜二元钙钛矿材料的分子式为MAPb_1-xCu_xI_3-aBr_a，其中0＜x＜0.3 ，0＜a＜3。

上述的一种铅锡铜三元或铅铜二元钙钛矿材料在太阳能电池感光层中的用途。

一种钙钛矿型太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

（1）将甲基碘化铵、碘化铅和溴化铜前驱体材料溶于有机溶剂中制成钙钛矿前驱液；

（2）将水解四氯化钛得到传输电荷特性良好的二氧化钛电子传输层，其溶液采用旋涂、喷墨打印或卷对卷方法加工在衬底基片上，无需退火，形成阴极修饰层；

（3）将（1）中得到的钙钛矿前驱液采用旋涂、喷墨打印或卷对卷方法加工到（2）中得到的阴极修饰层上，再退火，得到均匀固化的感光层；