[发明专利]一种基于金属离子掺杂二氧化钛间隔层的光稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于金属离子掺杂二氧化钛间隔层的光稳定钙钛矿太阳电池及其制备方法。一种光稳定钙钛矿太阳能电池，包括透明衬底，以及依次形成在透明衬底上的空穴阻挡层、二氧化钛介孔层、金属离子掺杂二氧化钛间隔层、钙钛矿光敏感层和背电极层；所述金属离子掺杂二氧化钛间隔层中金属离子为钼离子。

技术领域

本发明涉及一种基于金属离子掺杂二氧化钛间隔层的光稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

近年来，人类社会对于能源的需求量在不断增加，石油、煤等传统化石能源的消耗量高于新增探明储量，使得全球在能源利用上出现了危机感。化石能源快速消耗的同时，产生排放出来的废气也给环境造成了极大的污染。能源短缺和环境污染这两大问题已经严重阻碍到了人类社会与经济的发展，是当前全球各国关注的焦点。太阳能作为一种绿色能源，在解决能源短缺和环境污染问题方面越来越受到国内外研究者们的广泛关注与深入研究。

有机无机杂化钙钛矿材料已经成为光伏领域中最具有应用前景的材料之一。它具有ABX3晶型结构(通常为CH₃NH₃PbX₃或HC(NH₂)₂PbX₃)，由于其拥有消光系数高、载流子扩散长度长、能带可调、合成简易、成本低等独特优势，而受到人们的广泛关注。近十年来，钙钛矿太阳能电池研究迅猛发展，其光电转换效率已从最初的3.8％迅速提高到23.3％，超过多晶硅太阳能电池。在组装制备钙钛矿太阳能电池器件时，电池结构中的致密层或介孔通常使用的二氧化钛材料，二氧化钛在紫外光作用下会产生额外的光生空穴，这些光生空穴是强氧化性的，能够得取和二氧化钛直接接触的钙钛矿光敏材料中的电子，使钙钛矿光敏材料发生分解，导致钙钛矿太阳能电池效率下降。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种金属离子掺杂的二氧化钛间隔层基光稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其工艺简单，操作性强，并有效增强了制得钙钛矿太阳能电池的光稳定性。

一方面，本发明提供了一种光稳定钙钛矿太阳能电池，包括透明衬底，以及依次形成在透明衬底上的空穴阻挡层、二氧化钛介孔层、金属离子掺杂二氧化钛间隔层、钙钛矿光敏感层和背电极层；所述金属离子掺杂二氧化钛间隔层中金属离子为钼离子。

在本公开中，通过引入具有光储能效应的金属离子(例如，钼离子等)掺杂二氧化钛间隔层，在紫外光的作用下，掺杂二氧化钛间隔层内的掺杂金属离子的价态会发生变化，由此将紫外光光能转化成自由电子，这样能使紫外光对钙钛矿光敏层不造成伤害，提高钙钛矿太阳能电池的光稳定性，同时紫外光光能转化成的自由电子在电池工作的时候能够形成额外的增益电流，使电池效率提高。

较佳地，所述金属离子掺杂二氧化钛间隔层中掺杂金属离子与钛原子的数量比为1：(200～800)。当掺杂金属离子数量与钛原子数量比大于1:200时，形成的间隔层的光学带隙过大，阻碍光生电子的传输，电池效率降低。当掺杂金属离子数量与钛原子数量比小于1:800时，间隔层无法完全将紫外光转化成自由电子，电池的光稳定性无法得到有效提高。

较佳地，所述空穴阻挡层为致密的金属氧化物薄膜层，优选为氧化钛及其掺杂物、氧化锌及其掺杂物、氧化锡及其掺杂物中的至少一种；优选地，所述空穴阻挡层的厚度为10～60nm。

较佳地，所述二氧化钛介孔层的厚度为200～600nm。

较佳地，所述金属离子掺杂二氧化钛间隔层的厚度为30～200nm。金属离子掺杂二氧化钛间隔层的厚度大于200nm时，间隔层的光透过率过低，阻碍了钙钛矿光敏层对太阳光的吸收，电池效率下降。金属离子掺杂二氧化钛间隔层的厚度小于30nm时，间隔层内总的掺杂金属离子的数量过低，无法将紫外光完全转化为自由电子，电池的光稳定性不能有效得到提高。