[发明专利]一种环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池，其由透明导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿型材料层、空穴传输层和碳背电极层由下到依次叠加构成，其中，所述钙钛矿型材料层的厚度为50～1000nm，电子传输层的厚度为10～500nm，空穴传输层的厚度为20～300nm，碳背电极层的厚度为1～100nm。本发明的优点在于：1、使用无铅钙钛矿活性材料，避免了剧毒性的元素铅，有利于环保；2、Bi、Sb和Cu的钙钛矿化合物吸光层材料具有良好的湿度稳定性；3、空穴传输层采用无机的金属化合物具有良好的热稳定性和湿度稳定性；4、背电极采用碳电极，碳具有良好的化学稳定性、热稳定性及湿度、环境稳定性，有利于电池的长期稳定性。

技术领域

本发明涉及有机无机光电-太阳能电池领域，特别是一种环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池。

背景技术

随着全球经济的发展，人们对能源的需求越来越多，然而现有的石油等资源是有限的资源，会被消耗完，因此寻求新的能源尤其是清洁环保新能源是当前及未来一个重要的课题。利用取之不尽用之不尽的太阳能来发电的太阳能电池技术是当前可再生新能源研究中的热点。活性吸光层是基于杂化钙钛矿结构(最常见的为CH₃NH₃PbI₃)的半导体材料，钙钛矿型太阳能电池由于其超高的效率(认证效率已达到22.7％)及可溶液制造的优点，近5年来成为太阳能电池研究中最为热门的课题。

钙钛矿型太阳能电池的结构，通常如图1所示，由透明导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿型材料、空穴传输层和Ag或Au等金属背电极层组成。

目前高效的钙钛矿型太阳能电池，其核心吸光层材料，钙钛矿型材料大都是含剧毒性铅(Pb)，这对于未来真正的商业化生产使用以及后续的环保处理是一个巨大的问题。因此，寻找低毒或者无毒的无铅钙钛矿材料是这类太阳能电池发展中的一个重要方向。

同时现今高效的钙钛矿太阳能电池，长期稳定性还比较差。

首先，钙钛矿(例如CH₃NH₃PbI₃)本身的稳定性比较差，尤其是对空气湿度敏感。

其次，空穴传输层，目前高效且最常使用的材料为耐热性较差的有机小分子2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)，同时Spiro-OMeTAD本身的导电性较差，不利于电流输送至电极，需要添加掺杂剂二(三氟甲基磺酸酰)亚胺锂(Li-TFSI)来改善其导电性及其空穴传输性能，Li-TFSI极易吸水，进而影响到钙钛矿的吸潮降解。

另外，金属背电极(Ag，Au)会与钙钛矿发生反应形成金属卤化物，导致钙钛矿的分解，进一步影响钙钛矿电池整个器件的长期稳定性。

发明内容

本发明的目的是解决现有钙钛矿型太阳能电池存在的铅元素的毒性、空穴传输层的稳定性差、Ag或Au金属电极稳定性差的技术问题，提供了一种新型环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池器件及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种环境稳定的无铅钙钛矿型太阳能电池，其由透明导电玻璃衬底、电子传输层、钙钛矿型材料层、空穴传输层和碳背电极层由下到依次叠加构成，其中，所述钙钛矿型材料层的厚度为50～1000nm，电子传输层的厚度为10～800nm，空穴传输层的厚度为20～300nm，碳背电极层的厚度为1～100nm。