[发明专利]基于双钙钛矿材料的太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种以双钙钛矿材料为吸收层的钙钛矿太阳能电池。其自下而上包括透明导电衬底、电子传输层、双钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极。该双钙钛矿采用分子式为A₂B^ⅠB^ⅢX₆的半导体材料，其中，A为K⁺、Rb⁺、Cs⁺中的一种或多种，B^Ⅰ为Cu⁺、Ag⁺、Au⁺、Li⁺、Na⁺、K⁺、Rb⁺、Cs⁺、In⁺中的一种或多种，B^Ⅲ为As³⁺、Bi³⁺、Rh³⁺、Sb³⁺、Cr³⁺、Co³⁺、Ga³⁺、Fe³⁺、Ru³⁺、In³⁺、Ir³⁺、Au³⁺、Y³⁺中的一种或多种。本发明相比现有钙钛矿太阳能电池稳定性高，无毒性元素，可用于通信、交通光伏系统及用户太阳能。

技术领域

本发明属于电子器件技术领域，更进一步涉及一种钙钛矿太阳能电池，可用于通信光伏系统、交通光伏系统以及用户太阳能电源。

背景技术

钙钛矿太阳能电池作为一种新型的太阳能电池，可以用溶液法进行加工处理，还可以和印刷工艺结合，极大地节省生产成本。同时钙钛矿太阳能电池还具有轻、薄的特性，并可以沉积在柔性衬底上。传统钙钛矿材料MAPbI₃具有非常优秀的光电性能，其禁带宽度在1.55-1.6eV，光吸收范围宽，载流子的迁移距离长，激子结合能低，而且具有双极性，不仅能吸收光能产生光生电子空穴对，而且还能起到传输载流子的作用，既能传输电子，也能传输空穴。这些优点有利于对光的吸收以及光生载流子的传输和迁移，因此使其成为一种被广泛研究的材料。近几年，钙钛矿太阳能电池在光电转化效率，制备方法和器件结构上都有了显著提升，其结构包括透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属电极。但是有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池普遍存在的问题是水稳定性和空气稳定性差以及毒性元素铅引起的环境问题。

储天新能源科技(长春)有限公司在申请号：201811469181.7的专利申请文献中公开了一种制备钙钛矿太阳能电池的方法。该方法采用ITO作为透明导电衬底，采用旋涂法制备Spiro-OMeTAD(2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴))作为空穴传输层，采用一步法或者两步法制备钙钛矿吸收层，采用喷涂法制备大面积SnO₂作为电子传输层，采用蒸镀法制备金属电极,实现效率达到17.68％，且有利于大面积生产。但是该方法采用CH₃NH₂PbI₃材料制备的光吸收层由于含有有机基团，在空气中稳定性差，并含有有毒元素铅，限制了钙钛矿太阳能电池的性能和广泛的应用于生活。

镇江市双利光电科技有限公司在申请号：201410824806.2的专利文献中公开了一种制备锡基钙钛矿太阳能电池的方法。该方法采用TCO作为阳极，采用旋涂法制备TiO₂作为电子传输层，采用旋涂法制备Spiro-OMeTAD(2,2’,7,7’-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴))作为空穴传输层，采用一步法制备锡钙钛矿吸收层，采用蒸镀法制备金属银电极。该制备方法利用锡代替了传统铅钙钛矿中的铅元素，大大减小了太阳能电池的毒性以及污染性。但是锡元素在传统的ABX₃结构里表现为+2价，极易被氧化为+4价，因而这种ABX₃结构的锡基钙钛矿极其不稳定，导致太阳能电池的稳定性存在较大的问题。

发明内容