[发明专利]一种平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种平面钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的减反射层、透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极。其制备方法包括如下步骤：(1)先将透明导电衬底采用半导体工艺清洗，用氮气吹干；(2)在透明导电衬底的反面溅射一层Al₂O₃、然后通过水浴方法制备而成多孔减反射层；(3)在透明导电衬底的正面喷涂制备锂掺杂的氧化镍前驱液，退火处理得到空穴传输层；(4)将CH₃NH₃PbI₃钙钛矿吸光层覆盖在空穴传输层上；(5)采用旋涂法将电子传输层溶液旋涂于吸光层上形成复合电子传输层；(6)再在电子传输层层上蒸发制备金属Ag电极。本发明提高了钙钛矿太阳能电池的效率。

技术领域

本发明涉及一种平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。

背景技术

近年来，能源危机变得越来越紧迫，清洁能源的研究变得越来越迫切。清洁能源包括太阳能、风能、水电能等。太阳能由于取之不尽用之不竭，而光伏电池能将太阳能直接转化为电能具有很大的应用前景。目前的太阳能电池由硅太阳能电池发展到现今较为成熟的有机太阳能电池、染料敏化太阳能电池和铜铟镓锡太阳能电池等。但目前这些电池在应用方面还存在成本高、稳定性差等很多问题，所以太阳能的开发和利用还处在起步阶段，有关太阳能电池的研究也很迫切，国内外投入了很多的研究精力，都希望在太阳能电池领域能取得巨大的突破。

最新发现的钙钛矿电池近年来发展迅速，由于具有很高的光电转化效率，在国内外引起了空前巨大的研究热潮，并且已经取得了很多的研究成果。钙钛矿吸光材料具有高的载流子迁移率、带隙可调、溶液法制备以及高的吸收系数，所以钙钛矿电池可以获得高的短路电池、开路电压和填充因子。目前最高的钙钛矿电池效率记录是由国内中国科学院半导体研究所的游经碧所保持，在美国可再生能源实验室认证取得了23.3%的惊人效率(https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart-20180716.jpg)。

对于倒置结构（p-i-n）的钙钛矿太阳能电池，由于其拥有较高的开路电压和填充因子、基本无迟滞等优点，受到广大钙钛矿研究者的关注。然而，受制于倒置结构电池本身的限制，要想取得高效率，钙钛矿吸光层不宜太厚。较薄的钙钛矿吸光层对于太阳光的吸收不足，使得倒置结构的钙钛矿太阳能电池的短路电流相对于正置结构钙钛矿太阳能电池低。为了在倒置结构钙钛矿太阳能电池的效率上有所突破，我们必须从电池的结构上想办法，增大倒置结构电池的短路电流密度。目前普遍被运用于钙钛矿太阳能电池的透明导电衬底FTO、ITO等，光透过率普遍不是很高，照射到钙钛矿太阳能电池活性面积上的太阳光有一部分被导电衬底反射，最终进入钙钛矿吸光层被吸收的部分不多，限制了钙钛矿太阳能电池的光电流。为了减少透明导电衬底对太阳光的反射，增加钙钛矿吸光层的光吸收，提高钙钛矿太阳能电池、特别是倒置结构的太阳能电池的短路电流密度，本申请首次在倒置结构钙钛矿太阳能电池的透明导电衬底背面引入一层Al₂O₃多孔太阳光减反射层，减少导电衬底对太阳光的反射，增加钙钛矿吸光层的光吸收，从而提高倒置结构太阳能电池的短路电流，进一步提高钙钛矿太阳能电池的效率。这对钙钛矿太阳能电池的发展具有重要的意义。

发明内容

本发明针对倒置结构钙钛矿太阳能电池电流密度不高的问题，提供了一种平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该平面钙钛矿太阳能电池可以减少导电衬底对太阳光的反射，增加钙钛矿吸光层的光吸收，提升钙钛矿太阳能电池的短路电流密度。

本发明所提供的技术方案具体如下:

一种平面钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的减反射层、透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极。

所述减反射层为磁控溅射方法镀在透明导电衬底背面的一层Al₂O₃、然后通过水浴方法制备而成的太阳光多孔减反射层。