[发明专利]一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池器件技术领域，公开了一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池为双电子传输层，结构为SnO₂@ZnO。该双电子传输层是通过先后旋涂SnO₂溶液和ZnO纳米粒子的正丁醇溶液、然后热退火处理制得。将最常用的无机电子传输材料ZnO纳米粒子通过溶液加工的方法制作在光伏器件的光吸收层和SnO₂电子传输层之间，形成了优越的阶梯式能级，实现了更好的能级匹配，同时电子抽取能力增强，大大减少了光吸收层中电子‑空穴复合，从而达到了提高全无机钙钛矿太阳能电池开路电压和光电转换效率的目的。基于这种双电子传输层结构，可以获得高光伏性能的全无机钙钛矿太阳能电池器件。

技术领域

本发明属于太阳能电池器件技术领域，特别涉及一种全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，能源稀缺问题和环境污染问题愈发突出，成为人类实现未来可持续发展的重大阻碍，而大力发展和推广清洁、可再生能源技术是同时解决这两大难题的最有效手段。在地球上众多可利用的清洁能源中，太阳能是最丰富、最根本的能源形式，如何更充分有效、低成本地利用太阳能，是各国科学家们关注的焦点。太阳能电池可以将太阳能直接转化为电能，供人类社会利用，是有效利用太阳能的最佳途径之一。

太阳能电池，因其安全、稳定的特点，在过去多年中获得了长足的发展，已经研究和开发了多种不同类型。近年来新出现的钙钛矿太阳能电池(PSCs)，采用了钙钛矿材料作为吸光材料。钙钛矿作为一种直接带隙材料，可以采用简便的溶液法来制备，具有吸收系数高、载流子寿命长、带隙易调节以及平衡的双极性电荷传输等众多特点；同时其原料储量丰富、成本低、易于大规模生产、具有很好的经济性，这些优点使PSCs迅速成为光伏领域的研究热点。

有机/无机杂化钙钛矿APbX₃(A＝MA⁺、FA⁺、…；X＝Cl、Br、I)太阳能电池和全无机CsPbX₃(X＝Cl、Br、I)钙钛矿太阳能电池是当前重点研究的两大类。有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池在2009年首次被应用于光伏领域，其光电转换效率在短短几年中从3.8％迅速提升到23.3％。然而，问题在于钙钛矿中的吸湿性和挥发性有机阳离子组分“A”经常导致其在暴露于热和潮湿环境中时，膜的稳定性差，这对太阳能电池的长期稳定性是非常不利的，器件极易衰减。

相比来说，同样作为光吸收材料的全无机CsPbX₃钙钛矿，由于所含有的全部为无机组分，具有更好的热稳定性。但是其光电转换效率却远低于有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池效率。基于溶液加工法制备的CsPbX₃钙钛矿太阳能电池器件结构为ITO/氧化锡(SnO₂)/钙钛矿/2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)/氧化钼(MoO₃)/银(Ag)，其中SnO₂与钙钛矿之间并非最优化界面接触，SnO₂导带能级(-4.43eV)与钙钛矿导带能级(-4.16eV)不匹配，具有较大能级落差，这在一定程度上导致了全无机钙钛矿太阳能电池的开路电压较低，从而使得器件光电转换效率降低。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的为提供一种全无机钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池包含SnO₂电子传输层和ZnO电子传输层。

本发明的另一目的为提供上述全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种全无机钙钛矿太阳能电池，全无机钙钛矿太阳能电池器件结构由下到上依次包括衬底、阴极层、厚度为10～30nm的SnO₂电子传输层、厚度为10～30nm的ZnO电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、阳极修饰层和阳极层。