[发明专利]稀土Er掺杂高稳定全无机钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本申请公开了一种全无机钙钛矿太阳能电池，包括自下而上的基底层、全无机卤化物钙钛矿层和碳层，其中，构成钙钛矿层的钙钛矿包括稀土掺杂的全无机卤化物钙钛矿材料。本申请还公开了一种制备全无机钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：1)获得基底层；2)制备前驱体溶液；3)在基底层表面涂覆前驱体溶液，制成卤化物钙钛矿薄膜；4)在卤化物钙钛矿薄膜上制备碳电极。5)采用盖玻片和热熔间隔物进行封装，得到的全无机钙钛矿太阳能电池产品。本发明的太阳能电池不含有易分解的有机成分，表现出优秀的热稳定性，这对钙钛矿太阳能电池的商业化应用具有重要意义。

技术领域

本申请涉及太阳能电池领域，具体而言，涉及一种稀土掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

全无机钙钛矿太阳能电池由于比传统的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有更好的稳定性，因此受到了广泛的关注。目前有机-无机杂化卤化物钙钛矿具有直接带隙合适、吸收系数高、载流子运输性能优异、缺陷容忍度高、成本低廉等优点，在能量转换效率上已经能与商业化的硅基电池相媲美，但是这种太阳能电池在空气中的不稳定性限制了其商业化进程。无机卤化物钙钛矿由Cs⁺或Rb⁺来代替钙钛矿结构中的A位基团，摒弃了甲基铵(MA⁺)和甲脒(FA⁺)这些不稳定的有机成分，使得其比传统的有机无机杂化钙钛矿太阳能电池具有更好的耐光性、耐湿性和耐热性，因此受到了广泛的关注。然而无机钙钛矿虽然稳定性高，但是由于存在带隙较宽(CsPbBr₃的带隙～2.3eV，CsPbI₂Br的带隙～1.92eV，CsPbI₃的带隙～1.73eV)的缺点，使得其电光电转换效率始终无法赶超有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。为了优化器性能，一种潜在的可行方法是进行金属掺杂，将过渡金属阳离子或稀土阳离子部分取代Pb元素，可以显著地稳定钙钛矿薄膜的晶格，调节能带结构，并增强光吸收能力，从而显著提升全无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。这种通过掺杂金属离子来控制钙钛矿太阳能电池的电子和光学性能具有良好的商业应用前景。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种稀土掺杂的全无机钙钛矿太阳能电池，包括自下而上的基底层、钙钛矿层和碳层，其中，构成钙钛矿层的钙钛矿包括稀土离子掺杂的无机卤化物钙钛矿。

优选地，所述稀土掺杂的无机卤化物钙钛矿是ErCl₃掺杂的CsPbIBr₂。

优选地，所述基底层包括自下至上的氟掺杂氧化锡层、致密TiO₂层和介孔TiO₂层。

优选地，所述方法包括以下步骤：

1)获得基底层；

2)制备前驱体溶液；

3)在基底层表面涂覆前驱体溶液，制成稀土掺杂的无机卤化物钙钛矿薄膜；

4)在钙钛矿薄膜上制备碳电极；

5)采用盖玻片和热熔间隔物进行封装，得到的全无机钙钛矿太阳能电池产品。

优选地，所述步骤1)中获得基底层的方法为：蚀刻FTO导电玻璃，在FTO导电玻璃上旋涂异丙醇钛和二乙醇胺乙醇溶液，烧结形成致密TiO₂层，再在致密TiO₂层上旋涂18NR-TTiO₂/乙醇溶液，烧结形成介孔TiO₂层。

优选地，所述步骤2)中制备前驱体溶液的过程包括：将摩尔比为(99-199)：1的PbBr₂和ErCl₃溶于DMF溶液中，在60～100℃条件下搅拌溶解。

优选地，所述前驱体溶液的浓度为0.8-1.5M。