[发明专利]一种在空气环境中制备铯掺杂混合钙钛矿太阳能电池的方法

说明书

本发明涉及在空气环境中制备铯掺杂混合钙钛矿太阳能电池的方法，步骤如下：在透明导电玻璃上制备TiO₂致密层，将其浸泡在TiCl₄水溶液中，然后取出后用去离子水和乙醇冲洗；在所得样品上旋涂一层TiO₂纳米晶浆料，得到TiO₂介孔层；在相对干燥的空气环境中制备铯掺杂混合钙钛矿溶液，在TiO₂介孔层上旋涂铯掺杂混合钙钛矿溶液，旋涂结束后将样品放置于热板上加热，冷却至室温后得到铯掺杂混合钙钛矿吸光层，在其表面旋涂一层空穴传输层，空穴传输层上蒸镀一层金、银或者铝电极，最后制得铯掺杂混合钙钛矿太阳能电池。本发明的有益效果是：本发明提供了一种钙钛矿吸光层的组成配方，可以通过调节各个组分的相对含量，对钙钛矿吸光层的组成、结构和性能进行调节。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体涉及一种在空气环境中制备铯掺杂有机无机混合钙钛矿太阳能电池(简称钙钛矿太阳能电池)的方法。

背景技术

在化石燃料逐渐枯竭，环境污染日益严重的现状之下，发展太阳能等清洁能源成为人类社会的必然选择。钙钛矿材料具有光吸收能力强，载流子迁移率大，载流子扩散距离长，制备方法简单，成分可调的优点。近些年来，钙钛矿太阳能电池由于其迅速提升的光电转换效率而受到广泛关注，目前认证的最高效率达到了24.2％，显示出钙钛矿太阳能电池的优异性能和光明前景。

有机无机杂化钙钛矿薄膜的制备方法对其组成、结构、形貌、载流子迁移率、载流子扩散长度、光电转换效率和稳定性具有重要影响。钙钛矿吸光材料在空气环境中的稳定性差，一般需要依赖低湿度低氧含量的惰性气体环境，但是惰性气体手套箱的价格高，并且操作空间过小，不利于钙钛矿电池的产业化应用。因此，如果能在空气环境中制备钙钛矿太阳能电池，不仅可以降低电池成本，还能提高制备效率。

铯(Cs)元素属于第六周期ⅠA族，是原子半径最大的非放射性的碱金属，可以单独作为钙钛矿中的A位原子，制备全无机钙钛矿太阳能电池。Cs⁺也可与CH₃NH₃⁺、NH₂-CH＝NH₂⁺和C₄H₉NH₃⁺等阳离子中的至少一种混合，制备多元阳离子混合钙钛矿太阳能电池。研究表明(FAPbI₃)_1-x(MAPbBr₃)_x混合阳离子钙钛矿电池具有超过20％的转换效率(M.Saliba,S.Orlandi,T.Matsui,S.Aghazada,M.Cavazzini,J.-P.Correa-Baena,P.Gao,R.Scopelliti,E.Mosconi,K.-H.Dahmen,F.De Angelis,A.Abate,A.Hagfeldt,G.Pozzi,M.Graetzel,M.K.Nazeeruddin,Nat.Energy 2016,1,15017)，并且Cs⁺掺杂的FAPbI₃钙钛矿太阳能电池具有比纯FAPbI₃更强的光照稳定性和耐湿性(J.-W.Lee,D.-H.Kim,H.-S.Kim,S.-W.Seo,S.M.Cho,N.-G.Park,Adv.Energy Mater.2015,5,1501310)。

目前已公开的混合钙钛矿太阳能电池的文献所使用的制备方法都必须严格控制湿度和氧含量，一般是在控制气氛的手套箱中进行，但是手套箱价格昂贵，操作空间小，不利于钙钛矿太阳能电池的大规模生产。

发明内容