[发明专利]钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该钙钛矿太阳能电池包括：衬底、透明导电氧化物薄膜、氧化镍空穴传输层、界面修饰层、钙钛矿薄膜、电子传输层和背电极。该钙钛矿太阳能电池通过在氧化镍空穴传输层和钙钛矿薄膜之间设置界面修饰层，可解决氧化镍与钙钛矿之间晶格失配、膨胀系数差异导致残余应力的问题，并减少氧化镍表面的Ni³⁺、减少界面缺陷的存在，提升电池的填充和载流子的提取速度，从而获得更高的效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体而言，本发明涉及钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池以其光电转化效率高、材料成本低、易于制备、可薄膜化柔性化等特点受到广泛关注，并被认为是具有商业化前景的新一代太阳能电池。而PIN结构(反式)太阳能电池由于可低温制备、稳定性好、滞后小、可与硅太阳能电池组成叠层电池而尤其受到重视。

通常在制备PIN钙钛矿太阳能电池时，在TCO透明电极上沉积一层P型空穴传输层，而后在此膜层上制备钙钛矿膜层，后续沉积电子传输层和背电极完成电池芯片制备。为了提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，同时考虑P型膜层空穴迁移率的需求，通常将无机NiOx膜层作为PIN结构钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，为了进一步提高NiOx膜层的空穴迁移率，通常会在NiOx膜层制备过程中进行掺杂，如掺Li、Mg、Cu、Ag、Cs等以达到提高NiOx膜层迁移率的目的来提升电池效率。虽然掺杂元素可以提高载流子迁移率，但是也使得工艺控制更为复杂，并且掺杂的元素也容易在膜层中引入缺陷。

实际产品生产过程中，考虑到NiOx膜层晶格常数(约)与钙钛矿(如MAPbI₃约为)之间存在较大差异，同时二者热膨胀系数差异较大，导致在NiOx膜层上直接生产的钙钛矿薄膜结晶质量较差，经退火后此界面处存在的残余应力也会大大影响载流子的提取效率，增加载流子复合，从而造成整个太阳能电池效率偏低。另一方面，在NiOx界面处存在Ni³⁺，会诱导钙钛矿在氧化镍界面处形成PbI_2-xBr_x，不利于载流子的传输，且会降低电池的填充，同时增大电池的电阻，也不利于电池的长期稳定性。

现有的工艺考虑到NiOx膜层覆盖度、表面形貌等问题，也会采用在NiOx膜层上生产有机P型材料PTAA、Poly-Tpd等，以提高后续钙钛矿膜层的质量并降低界面处载流子复合。而采用PTAA、Poly-Tpd等有机薄膜修饰后的NiOx，虽然能够大大降低界面缺陷导致的电池效率降低，但由于该有机膜层的稳定性差，不能够保证整个光伏组件的长期稳定性的功率输出，客观上不利于大规模电池的生产。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该钙钛矿太阳能电池通过在氧化镍空穴传输层和钙钛矿薄膜之间设置界面修饰层，可解决氧化镍与钙钛矿之间晶格失配、膨胀系数差异导致残余应力的问题，并减少氧化镍表面的Ni³⁺、减少界面缺陷的存在，提升电池的填充和载流子的提取速度，从而获得更高的效率。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池。根据本发明的实施例，该钙钛矿太阳能电池包括：衬底；透明导电氧化物薄膜，所述透明导电氧化物薄膜形成在所述衬底的至少部分表面；氧化镍空穴传输层，所述氧化镍空穴传输层形成在所述透明导电氧化物薄膜远离所述衬底的至少部分表面；界面修饰层，所述界面修饰层形成在所述氧化镍空穴传输层远离所述透明导电氧化物薄膜的至少部分表面；所述界面修饰层由选自氟盐、有机氢卤酸盐中的至少之一形成；钙钛矿薄膜，所述钙钛矿薄膜形成在所述界面修饰层远离所述氧化镍空穴传输层的至少部分表面；电子传输层，所述电子传输层形成在所述钙钛矿薄膜远离所述界面修饰层的至少部分表面；背电极，所述背电极形成在所述电子传输层远离所述钙钛矿薄膜的至少部分表面。