[发明专利]一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法

权利要求书

1.一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括玻璃衬底(1)以及依次层叠设置在玻璃衬底(1)上的透明导电电极(2)、金属氧化物电子传输层(3)、钙钛矿光吸收层(4)、空穴传输层(5)和金属电极(6)，所述的金属氧化物电子传输层(3)是利用金属元素离子注入方法形成的能级渐变叠层结构；

其中，金属氧化物电子传输层(3)通过化学浴沉积法、磁控溅射法、电子束沉积法、旋涂法或非真空化学沉积方法制备而成，之后，利用金属元素离子注入方法形成能级渐变叠层结构的金属氧化物电子传输层(3)；

所制备的金属氧化物电子传输层(3)包括未掺杂的第一电子传输层(3-1)，随后通过离子注入方法在高注入能量和低注入剂量的情况下使金属元素注入到金属氧化物电子传输层(3)中形成高注入深度、低浓度金属元素掺杂的第二电子传输层(3-2)，之后在不破坏真空度并保持所注入的金属元素不变的情况下，降低注入能量并提高注入剂量，获得低注入深度、高浓度金属元素掺杂的第三电子传输层(3-3)。

2.根据权利要求1所述的一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，金属氧化物电子传输层(3)是由第一电子传输层(3-1)、第二电子传输层(3-2)和第三电子传输层(3-3)三层叠加而成，第一电子传输层(3-1)和第二电子传输层(3-2)之间形成第一能级过渡区(11)，第二电子传输层 (3-2)和第三电子传输层(3-3)之间形成第二能级过渡区(12)。

3.根据权利要求1所述的一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，透明导电电极(2)和金属氧化物电子传输层(3)之间形成第一接触区(21)，金属氧化物电子传输层(3)和钙钛矿光吸收层(4)之间形成第二接触区(22)，钙钛矿光吸收层(4)和空穴传输层(5)之间形成第三接触区(23)，空穴传输层(5)和金属电极(6)之间形成第四接触区(24)。

4.根据权利要求1所述的一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述的钙钛矿太阳电池的开路电压大于1.04V，短路电流密度大于22.0mA/cm²，填充因子大于0.73，光电转化效率高于17％。

5.一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：在玻璃衬底(1)上形成透明导电电极(2)；

步骤二：利用金属元素离子注入方法在透明导电电极(2)形成能级渐变叠层结构的金属氧化物电子传输层(3)；

其中，金属氧化物电子传输层(3)通过化学浴沉积法、磁控溅射法、电子束沉积法、旋涂法或非真空化学沉积方法制备而成，之后，利用金属元素离子注入方法形成能级渐变叠层结构的金属氧化物电子传输层(3)；

所制备的金属氧化物电子传输层(3)包括未掺杂的第一电子传输层(3-1)，随后通过离子注入方法在高注入能量和低注入剂量的情况下使金属元素注入到金属氧化物电子传输层(3)中形成高注入深度、低浓度金属元素掺杂的第二电子传输层(3-2)，之后在不破坏真空度并保持所注入的金属元素不变的情况下，降低注入能量并提高注入剂量，获得低注入深度、高浓度金属元素掺杂的第三电子传输层(3-3)；

步骤三：获得金属氧化物电子传输层(3)之后，在金属氧化物电子传输层(3)上依次形成钙钛矿光吸收层(4)、空穴传输层(5)以及金属电极(6)，即得到梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池。

6.根据权利要求5所述的一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，金属氧化物电子传输层(3)的制备温度为23-500℃，金属氧化物电子传输层(3)的厚度为50-100nm。

7.根据权利要求5所述的一种梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，步骤二中形成第二电子传输层(3-2)的金属元素注入剂量数量级为10¹⁴离子每平方厘米，注入能量为20KeV；形成第三电子传输层(3-3)的金属元素注入剂量数量级为10¹⁵离子每平方厘米，注入能量为10KeV。