[发明专利]一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其中，无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池包括：从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和透明电极层，所述的透明电极层的材料为ITO、AZO或IZO，通过磁控溅射或电子束蒸发的方法沉积在空穴传输层上。本发明采用了兼容磁控溅射工艺的无机材料作为空穴传输层，制备了不需要辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，解决了辅助层制备困难、重复性低、稳定性差的难题，工艺简便，价格低廉。同时，本发明采用的无机材料也能够提高器件稳定性，大大降低空穴传输层的成本，有利于钙钛矿叠层太阳能电池的商业化应用。

技术领域

本发明属于钙钛矿光电领域，尤其是涉及一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池由于其吸光系数高、亚带隙吸收小、吸收边陡峭和禁带宽度可调的优点，在叠层太阳能电池领域受到了很多关注，其高效率和低成本的特点也有利于工业化的应用，目前已经有包括硅/钙钛矿、CIGS/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池在内的诸多报道。而作为叠层太阳能电池的一个重要组成部分，半透明钙钛矿太阳能电池的制备仍然存在许多难题。

由于需要保证透光性，半透明钙钛矿太阳能电池的顶电极通常使用掺杂的透明氧化物导电薄膜，如ITO、IZO、AZO等，或是超薄的贵金属薄膜，亦或是贵金属纳米晶。目前，超薄的贵金属薄膜通常采用热蒸发制备，存在光透过率过低，厚度难以大范围精确控制，成本高等问题。贵金属纳米晶虽然光透过率较高，但制备困难复杂，不适合大规模生产，同时其工艺与钙钛矿太阳能电池的兼容也存在问题。

相对来说，透明氧化物导电薄膜能够兼顾透光性和导电性，与钙钛矿太阳能电池的制备工艺兼容性也很好，是目前最常用的选择。透明电极的常用制备手段为磁控溅射和电子束蒸发，对于钙钛矿太阳能电池中常用的有机空穴传输层来说，往往无法承受这些制备手段中产生的离子冲击而在表面产生大量缺陷，严重影响其与透明电极的接触。解决方法是电池制备过程中于空穴传输层上热蒸发一层辅助层，以起到保护作用。然而常用的辅助层材料，如MoO_X、WO_X等，存在重复性差，稳定性差，难以大面积控制的缺点，因此如何在没有辅助层的情况下制备出半透明钙钛矿太阳电池是一个值得研究的课题。

发明内容

本发明公开了一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法，解决了辅助层制备困难、重复性低、稳定性差的难题。

本发明的技术方案如下：

一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，包括从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和透明电极层，所述的透明电极层的材料为ITO、AZO或IZO，通过磁控溅射或电子束蒸发的方法沉积在空穴传输层上。

所述透明导电基板为覆盖ITO、AZO、IZO或FTO薄膜的玻璃或塑料。

进一步的，所述透明导电基板为ITO材料，沉积在玻璃基底上，其方块电阻为8～15Ω，透光率为85～90％，玻璃厚度为1.1～2.2mm。

所述的电子传输层的材料为TiO₂、SnO₂或ZnO。进一步的，所述电子传输层为SnO₂薄膜，厚度为30～40nm。

所述电子传输层的制备过程为：

将浓度为15～40mg/mL的SnO₂、TiO₂、PCBM或者ZnO前驱体溶液旋涂在ITO、AZO、IZO或FTO导电玻璃上，转速为3000～5000rpm，时间为30～60s；之后使用加热台加热玻璃到180～270℃并保温0.5～2h，然后用紫外臭氧处理5～15min。