[发明专利]一种少量稀土金属离子掺杂的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种少量稀土金属离子掺杂的有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池及其制备方法，利用该方法所制备的钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换效率，可高达20％以上，并且具备很好的长期的稳定性；引入的稀土金属离子量很少，不会明显增加钙钛矿太阳能电池的成本。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种少量稀土金属离子掺杂的有机无机杂化钙钛矿的太阳能电池及其制备方法。

技术背景

能源问题是当今社会面临的重大问题之一，太阳能电池可以有效的将光能转换成电能，是一种清洁高效的再生能源。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池是近些年发展出的一种具有高效率、低成本的新型太阳能电池，常规的钙钛矿太阳能电池面临着严重的稳定性的挑战和提升效率的迫切需求。在该类电池的制备过程和实际使用的过程中，电池的钙钛矿光活性材料不可避免的产生大量的缺陷，而此类缺陷会导致严重的载流子的复合和短路通道的产生，从而导致钙钛矿电池效率的下降、材料的分解甚至完全失效。因此，制备出一种解决了这些问题的可以长期使用的高效、稳定的钙钛矿太阳能电池对于商业化是至关重要的。稀土是指镧系的15种元素外加Sc、Y共17中金属元素。

目前已有一些钙钛矿的太阳能电池试图解决这一问题，如在钙钛矿材料中添加具有还原性的次磷酸、添加具有氧化能力的苯醌、添加甲胺的水溶液提供碱性环境等等。但这些技术都具有明显的局限性，如只能消除其中单一缺陷，并且不是一种长效机制，且自身可能是不稳定性因素的来源，因而这类钙钛矿太阳能电池难以保持长时间的高效。

发明内容

本发明即是针对现在上述已有钙钛矿太阳能电池的不足，提供一种高效、高稳的钙钛矿太阳能电池及其制备的方法。

本发明在有机无机杂化钙钛矿材料中引入少量稀土金属离子(La、Ce、Pr、 Tm、Er、Eu、Yb等)做为钙钛矿太阳能电池的光活性层，起到提升效率和稳定性的作用，电池的结构特征为具备正负两个电极，使用有机小分子、聚合物、无机物做为电子和空穴传输材料，该种钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换性能和良好的稳定性。

其包括如下的步骤：

(1)步骤一，制备少量稀土金属离子掺杂的钙钛矿光活性层的前驱体溶液

(2)步骤二，清洗氧化铟锡、氟掺杂氧化锡透明导电基底等。

(3)步骤三，在透明导电基底上通过旋涂、喷涂或者电化学的方法在透明导电基底上制备窗口层，即第一层传输层材料。

(4)步骤四，通过两步法(先沉积无机物种，再沉积有机物种)或者一步法(同时沉积无机和有机物种)的方法制备少量稀土金属离子掺杂的钙钛矿光活性层，其厚度介于100-5000nm之间。

(5)步骤五，在少量稀土金属离子掺杂的钙钛矿光活性层上通过旋涂、喷涂等工艺制备第二层传输层材料。

(6)步骤六，在高真空的条件下，通过溅射、蒸镀等工艺将金属电极(或者通过印刷的办法将碳电极)沉积在第二层传输层材料上。

步骤一中所指的稀土金属离子包括La、Ce、Pr、Tm、Er、Eu、Yb的二价、三价、四价金属离子。前驱体溶液中包含稀土金属离子、氯化铅、卤化甲胺、氯化甲脒、卤化铯等。其中稀土金属离子量介于0.001％-5.0％之间(稀土金属离子和Pb之比)。

步骤四中所指的两步法是指先制备含稀土金属离子的卤化铅的薄膜，再在制备好的卤化铅的薄膜上旋涂阳离子的前驱体溶液。一步法是指将制备好的稀土金属离子掺杂的钙钛矿薄膜的前驱体溶液通过一次性成膜的方法制备。

上述方法制备得到的少量稀土金属离子掺杂的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，具有以下的优点：利用该方法所制备的钙钛矿太阳能电池具有很高的光电转换效率，可高达20％以上，并且具备很好的长期的稳定性；引入的稀土金属离子量很少，不会明显增加钙钛矿太阳能电池的成本。