[发明专利]一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能光伏技术领域。本发明利用有序介孔材料为模版，将其引入钙钛矿前驱体溶液中，通过有序介孔材料调控无机钙钛矿的结晶过程，在制备钙钛矿薄膜时有序介孔材料起到骨架支撑与限域生长的作用，从而得到高性能无机钙钛矿太阳能电池。本发明采用廉价的有序介孔硅材料，其在钙钛矿的结晶过程中起到支撑与限域的作用，与传统的掺杂、界面修饰等改性手段有所区别，利用有序介孔硅材料为模版进行结晶调控更为方便有效，进而制备得到高性能无机钙钛矿层太阳能电池。

技术领域

本发明涉及太阳能光伏技术领域，具体为一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具体为利用有序介孔材料调控无机钙钛矿的结晶过程，进而制备高性能无机钙钛矿层太阳能电池的方法。

技术背景

随着现代人类社会对可持续发展的要求越来越高，光伏技术受到了人们的无限关注。有机金属杂化卤化物钙钛矿因其具有良好的载流子迁移率、较长的载流子寿命和较宽的光谱吸收等优良光电特性而被认为是一种重要的吸光材料。在过去的几年中，采用传统结构的电子传输层(ETL)/钙钛矿吸附层(PVK)/空穴传输层(HTL)和 HTL/PVK/ETL制备的太阳能电池实现了转换效率(PCE)由初始值 3.8％到23.3％的提升。尽管获得了较高的PCE，大多数先进的钙钛矿太阳能电池是由挥发性阳离子制造的，如甲胺(MA⁺)和甲脒(FA⁺)。有机-无机钙钛矿太阳能电池由于受到挥发性组分的破坏，其热稳定性和光稳定性严重影响了其在实际生产中的进一步应用。因此，去除挥发性成分对于促进钙钛矿太阳能电池(PSCs)的稳定性变得至关重要。在钙钛矿晶体中，铯阳离子(Cs⁺)因其合适的离子半径和非挥发性而被认为是最有应用价值的一种阳离子，由此衍生的无机钙钛矿 (CsPbX3)太阳能电池在光伏领域引起了众多研究者的兴趣。与此同时，Cs⁺与卤化铅骨架相互作用的促进将显著抑制钙钛矿的分解。因此，无机钙钛矿在太阳能电池领域具有极大的应用潜力。然而无机钙钛矿太阳能电池的效率仍然较低，因此通过各种改性手段提高无机钙钛矿太阳能电池的效率势在必行。

发明内容

为了解决无机钙钛矿太阳能电池效率仍然较低的问题，本发明旨在改善无机钙钛矿结晶过程，得到结晶度良好，晶格张力得到改善，性能优异的钙钛矿层，进而达到提升无机钙钛矿太阳能电池性能的目的。

本发明的技术方案：

一种无机钙钛矿太阳能电池，由导电基板，电子传输层，有序介孔硅材料调控结晶的无机钙钛矿层，空穴传输层，背电极组成。具体的制备工艺如下：

(1)在导电基板上制备电子传输层。

(2)有序介孔硅材料调控结晶的无机钙钛矿层的制备：在保护气氛下配制卤化铅和卤化铯混合溶液，搅拌至溶解后过滤待用；水浴超声配置有序介孔硅材料悬浊液，将有序介孔硅材料悬浊液加入到过滤后的卤化铅和卤化铯混合溶液中，振荡得到有序介孔硅材料调控结晶的钙钛矿层前驱液；将该前驱液在电子传输层上制备薄膜，对薄膜进行退火，退火完毕后冷却至室温即得到有序介孔硅材料调控结晶的无机钙钛矿层。

(3)在有序介孔硅材料调控结晶的无机钙钛矿层上制备空穴传输层，在空穴传输层上制备背电极，得到无机钙钛矿太阳能电池；

或在有序介孔硅材料调控结晶的无机钙钛矿层上直接制备背电极，得到无机钙钛矿太阳能电池。

步骤(1)中的导电基板为氟掺杂的氧化锡导电玻璃或铟掺杂的氧化锡导电玻璃中的一种；电子传输层为n型半导体，具体为氧化钛。

步骤(2)中的有序介孔硅材料为ZrSBA-15、SBA-15、MSU-H、 MCM-48、MCM-41中的一种或两种以上；