[发明专利]一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于光伏领域，具体公开了一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法，太阳能电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层和对电极层。本发明通过在钙钛矿电池的吸光层中加入DPSI(3‑(癸基二甲基铵)‑丙烷磺酸内盐)和PbCl₂，在两种添加剂的协同配合下，得到一种具有高开路电压的器件。本发明通过元素调控和添加剂缺陷钝化，不仅解决了稳定性低这一阻碍钙钛矿商业化的关键问题，同时还解决了二元钙钛矿太阳能电池相对于三元钙钛矿电池的光电转化效率偏低的问题。

技术领域

本发明属于光伏领域，具体涉及一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前钙钛矿(perovskite)种类分为：(a)有机-无机杂化钙钛矿、(b)有机钙钛矿和(c)无机杂化钙钛矿。

有机-无机杂化钙钛矿材料由于其突出的光电性质，如较高的电荷传输迁移率、较长的载流子扩散长度、较大的吸收系数、较小的激子结合率，组分带隙的可调性、溶液的可加工性等，使其成为当下最热的光伏材料。同时得益于材料和制备方法的不断优化，有机-无机杂化钙钛矿的功率转换效率(PCE)在短短的十年间从3.8％飙升至24.2％，其效率已经达到了一些已经商业化的光伏电池的水准，如薄膜CdTe和硅太阳能电池等。由于钙钛矿材料各种突出的性质，使其成为下一代光伏器件的有力继承者。但与此同时，由于钙钛矿本身的结构与材料的原因，还存在许多问题尚未得到解决，其中最为重要的便是钙钛矿材料对于紫外光、水、氧的稳定性较差这一问题。

有机-无机杂化钙钛矿是指钙钛矿中的A位离子由一种或多种有机(甲脒FA⁺、甲胺MA⁺)无机(CS⁺)阳离子组成。这种钙钛矿具有良好的组分可调性，通过改变阴离子或阳离子的比例，带隙可以在1.2-2.3eV内任意调节。

通过A位离子不同比例的杂化，可以得到多种组分的钙钛矿，由于甲胺固有的易分解特性，A位杂化的FA⁺、CS⁺双阳离子钙钛矿就成为一种极具潜力的替代者。但是，就目前为止，虽然Cs、FA二元阳离子体系钙钛矿有许多的优异性能，但是其光电转化效率却一直不高，只有19左右。因此，在提高稳定性的同时，提高光电转化效率也十分的重要。众所周知，钙钛矿的表面形貌、界面和体相的载流子的非辐射复合严重制约着钙钛矿电池的光电转化效率的提升。目前，主要有几种不同的解决措施，包括：组分调节、工艺优化、元素掺杂、界面钝化等，可以在一定程度上抑制界面和体相的非辐射复合，以此来提高钙钛矿电池器件的光电转化效率和稳定性。而添加剂的使用就成为当前较为热门的一种解决稳定性低这一问题的有效方式，目前掺杂的方式主要有四种，第一种是在电子传输层上制备溶于某种溶剂的添加剂；第二种是在钙钛矿吸收层上制备上某种添加剂，第三种是将添加剂加入到反溶剂中；第四种则是直接将添加剂加入到钙钛矿的前驱体溶液中。相比于第四种掺杂方法，使用前三种方式，添加剂往往只存在于钙钛矿层的界面接触区，很难进入晶格中。

发明内容

鉴于现有技术存在的不足，本申请提供一种高稳定钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过将PbCl₂和DPSI掺入Cs、FA二元钙钛矿太阳能电池中，不仅有效解决了钙钛矿中挥发性阳离子(MA⁺)相关的长期稳定性问题，同时解决了二元平面异质结钙钛矿太阳能电池开路电压相对较低的问题，而且有效地提升了钙钛矿电池的光伏性能。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种高稳定钙钛矿太阳能电池，所述太阳能电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密电子传输层，钙钛矿吸光层(含添加剂)，空穴传输层和电极层。

其中，致密空穴传输层的材料选自spiro-OMETAD、PTAA中的任意一种。

钙钛矿吸光层的材料为化学式ABX₃型的化合物，其中，A为Cs、FA两种，B为Pb，X选自Br和I两种。