[发明专利]一种无电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种无电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。在无氧无水环境中，将钙钛矿光吸收层前驱体涂覆于所述衬底表面，退火得到所述钙钛矿光吸收层；所述钙钛矿光吸收层前驱体包含钙钛矿组分、咪唑阳离子型离子液体和有机溶剂；在所述钙钛矿光吸收层表面制备空穴传输层；最后在空穴传输层表面沉积金属电极得到该无电子传输层的钙钛矿太阳能电池。通过将咪唑阳离子型离子液体加入到前驱体中，提升了钙钛矿光吸收层载流子的迁移能力，从而提升了器件的性能，电池的最高效率达到了16％以上。本发明制备方法既保证了较高的电池效率，而且简化了制备工艺，为实际应用带来了很大的便利。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种无电子传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

有机-无机卤化物钙钛矿材料以其优异的吸收系数、高的载流子迁移率、长的载流子寿命和良好的光电性能而受到人们的广泛关注。有机-无机卤化物钙钛矿太阳能电池(PSCs)的功率转化率从2009年的3.9％提高到了最近报道的25.2％，已经超过了大多数其他的光伏器件。现在所报道的高效率的器件普遍的结构都是将钙钛矿层置于两个载流子传输层之间，一层用来阻挡电子传输空穴，即空穴传输层(HTL)，另一层是用来阻挡空穴并传输电子，即电子传输层(ETL)，并且在顶部有个金属电极。

对于目前的高性能的器件来说，普遍采用的是p-i-n结构，一个合适的电子传输材料和空穴传输材料对器件的性能有着决定性的作用。对于现在常用的介孔结构来说，一般有二氧化钛(TiO₂)介孔层和致密层所组成。TiO₂介孔层需要高温烧结来除去滞留在TiO₂浆料中的有机物，来提高TiO₂的结晶度。在平面结构中，用TiO₂来作为ETL是一种很常见结构，但是发现TiO₂与钙钛矿之间具有电荷势垒，使得界面的电荷的转移效率低下，从而导致界面电荷的大量积累，而且，在沉积TiO₂时需要高温烧结，这个过程会增加成本，同时，TiO₂ETL在光照下能够诱导钙钛矿薄膜的降解。由于TiO₂的局限性，许多研究人员也在寻找低温下操作的替代物，发现了一些可以替代TiO₂的氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)、富勒烯衍生物等。虽然用这些材料做ETL得到了有效的进展，但是这些材料本身作为ETL会存在一些消极的影响，所以探究一种方法能够去掉ETL同时还能保持电池效率是目前亟待解决的问题。

专利文献CN111710780A公开了一种阴极原位修饰的无电子传输层钙钛矿太阳能电池的制备方法，其采用醋酸甲胺或甲酸甲胺离子液体作为溶剂制备钙钛矿前驱体，虽然制备得到了一种无电子传输层的钙钛矿太阳能电池，但是该方法仅适用于MAPbI₃一元钙钛矿太阳能电池，普适性不强，另外其采用的离子液体醋酸甲胺或甲酸甲胺成本很高，市售价上百元每毫升，使得该方法成本昂贵，无法大规模生产应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种咪唑阳离子型离子液体作为钙钛矿层添加剂而制备得到的无电子传输层钙钛矿太阳能电池，适用于钙钛矿太阳能电池，旨在解决现有技术的无电子传输层钙钛矿太阳能电池仅适用于一种钙钛矿材料而且其离子液体用量大、成本高、无法大规模生产应用的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种无电子传输层的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)在衬底上制备钙钛矿薄膜，得到钙钛矿光吸收层；具体为：

在无氧无水环境中，将钙钛矿光吸收层前驱体涂覆于所述衬底表面，退火得到所述钙钛矿光吸收层；所述钙钛矿光吸收层前驱体包含钙钛矿组分、咪唑阳离子型离子液体和有机溶剂；

(2)在所述钙钛矿光吸收层表面制备空穴传输层；

(3)在所述空穴传输层表面沉积金属电极。