[发明专利]一种晶界精确掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种晶界精确掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其特征在于：导电玻璃层、致密二氧化钛膜、钛掺杂CH₃NH₃PbI₃多晶膜、空穴传输材料层及蒸镀银电极层，钛掺杂CH₃NH₃PbI₃多晶膜是指晶界处掺杂有钛离子，经过退火原位形成晶界缺陷钝化的CH₃NH₃PbI₃多晶膜，钛离子的摩尔数为铅离子摩尔数的0.01%‑5%。本发明通过钛元素的掺入，有效抑制了电池内部p‑n结的载流子在晶界处复合，使得并联寄生电阻增大，从而提高了电池填充因子，光电流密度与光电转换效率。同时钛元素的掺杂比例进行了优化，进一步提高了光电转换效率。

技术领域

本发明涉及一种晶界精确掺杂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，到目前效率已经超过22%，是初始时的电池效率的5倍，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非常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，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是碘化铅甲胺(CH₃NH₃PbI₃)，它的带隙约为1.6 eV，消光系数高，几百纳米厚薄膜就可以充分吸收800 nm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，在常温下通过旋涂并且滴加氯苯萃取即可获得均匀薄膜。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。

钙钛矿太阳能电池目前有多种结构：含多孔二氧化钛的介观电池，无多孔二氧化钛的平面电池，含多孔绝缘氧化物(三氧化二铝，氧化锆)的超结构介观电池等。

目前，研究热点集中于通过调节有机无机杂化钙钛矿的A位，B位以及X位来调节其性能，进一步优化钙钛矿的光电转换性能。目前工艺，通过溶液旋涂并且退火，难以得到单晶的平面薄膜。多晶膜由于比表面积大，表面缺陷多，导致器件内部电荷复合严重。已有对钙钛矿膜进行碘化铅掺杂来抑制晶界缺陷的报道。但是，对于其钙钛矿晶界的其它元素掺杂并抑制其缺陷和复合的报道很少。并且由于其掺杂的元素离子半径非常小，无法准确掺杂在晶界处的缺陷位置，且不能保证电池器件的重复性，因此需要探索其它元素掺杂提高电池的性能。

综上所述，现有技术存在的问题是：

1）有机无机杂化钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃需要进一步优化，提高其光电转换性能；

2）目前对晶界掺杂的元素对电池的开路电压和重复性造成影响，晶界缺陷造成的载流子复合问题仍未解决。

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，而提供一种通过钙钛矿掺杂来改善多晶形成过程中缺陷的晶界精确掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。