[发明专利]一种钙钛矿两端叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种钙钛矿两端叠层太阳能电池及其制备方法，该叠层太阳能电池包括底电池及顶电池，底电池与顶电池通过隧穿复合层连接；底电池包括透明导电衬底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿层及第一电子传输层，宽带隙钙钛矿层为MAGeI₃层；顶电池包括窄带隙钙钛矿层、第二电子传输层及背电极，窄带隙钙钛矿层为FA_0.75Cs_0.25Sn_0.4Pb_0.6I₃层。本发明采用无铅的Ge基钙钛矿太阳能电池作为底电池和无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池作为顶电池结合起来，利用二者的吸光性扩大对太阳光谱的吸收范围，从而实现了高性能太阳能电池的制备，该电池的转化效率可达29.1％。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿两端叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳能电池以其成本低、效率高的优势在光伏领域受到广泛关注。自2009年报道至今，单节电池的认证效率已经达到了25％以上，然而由于热损失和非辐射复合损失，单节钙钛矿太阳能电池的效率始终无法突破Shockley-Queisser极限。

为了实现更高的光电转换效率，基于钙钛矿的两端叠层电池是突破单结效率极限最有效、可行性最高的途径。在钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池中，宽带隙的钙钛矿材料作为顶电池吸收短波长的太阳光，窄带隙的钙钛矿材料作为底电池吸收长波长的太阳光，可提高太阳光谱的利用率，从而提高光电转换效率。

钙钛矿/钙钛矿两端叠层太阳能电池的制备采用溶液法，制备方法简单。然而目前高效的钙钛矿太阳能电池中，空穴传输材料的价格昂贵。为降低电池的成本，可以通过分子掺杂的方式调节能带及功函数，制备了结构更简单且与含空穴传输层效率相当的无空穴传输层的太阳能电池。此外，目前的钙钛矿电池所使用的材料都含有Pb元素，Pb具有较大的环境毒性，因此需要低毒性的环境友好型元素来取代Pb。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种钙钛矿两端叠层太阳能电池，其采用无铅的Ge基钙钛矿太阳能电池作为底电池和无空穴传输层的钙钛矿太阳能电池作为顶电池结合起来，利用二者的吸光性扩大对太阳光谱的吸收范围，从而实现了高性能太阳能电池的制备。

本发明还提供一种上述钙钛矿两端叠层太阳能电池的制备方法。

本发明采用如下技术方案实现：

一种钙钛矿两端叠层太阳能电池，包括依次叠层设置的底电池及顶电池，所述底电池与所述顶电池通过隧穿复合层连接；所述底电池为宽带隙钙钛矿太阳能电池，所述宽带隙钙钛矿太阳能电池包括从下到上依次设置的透明导电衬底、空穴传输层、宽带隙钙钛矿层及第一电子传输层，所述宽带隙钙钛矿层为MAGeI₃层，所述第一电子传输层与所述隧穿复合层的底面连接；所述顶电池为窄带隙钙钛矿太阳能电池，所述窄带隙钙钛矿太阳能电池包括从下到上依次设置的与所述隧穿复合层的顶面连接的窄带隙钙钛矿层、第二电子传输层及背电极，所述窄带隙钙钛矿层为FA_0.75Cs_0.25Sn_0.4Pb_0.6I₃层。

进一步地，所述宽带隙钙钛矿层的厚度为300nm-350nm；所述窄带隙钙钛矿层的厚度为600nm-700nm。

进一步地，所述隧穿复合层为厚度7nm-9nm的氧化铟锡层。

进一步地，所述透明导电衬底为厚度50nm-60nm为氧化铟锡层。

进一步地，所述空穴传输层为厚度40nm-50nm的碘化亚铜层。

进一步地，所述第一电子传输层为厚度30nm-40nm的富勒烯层。