[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属新能源材料与器件技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明的钙钛矿太阳能电池，包括导电玻璃层、电子传输层、界面修饰层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极层，所述钙钛矿吸光层的薄膜经过一定浓度的精氨酸掺杂并进行退火工艺处理，其中的界面修饰层为海藻酸钠薄膜层，其中的钙钛矿吸光层薄膜在掺杂精氨酸后显示出更强结晶性和更平整的表面，结合海藻酸钠的界面修饰，电子传输层与钙钛矿吸光层界面之间钙钛矿层表面的悬挂键可以被钝化，从而降低深能级缺陷对于载流子的束缚，有效降低电子传输层与空穴传输层的接触，减少漏电流，提高光电转换效率，并有利于阻挡氧气的渗入，减少钙钛矿材料氧化。

技术领域

本发明属新能源材料与器件技术领域，具体而言，涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，人类对电力的需求急剧增加，然而传统化石能源的储量已远远不足。因而太阳能电池越来越被重视。钙钛矿太阳能电池作为新兴的太阳能电池，由于其优越的光伏特性和巨大的发展潜力而被寄予厚望，但不足的是，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率、稳定性等光电特性相对较差且难以产业化一直是制约其广泛应用的技术瓶颈。影响其光电特性的一个重要因素是钙钛矿结构材料存在的微观缺陷。

现有研究和技术表明，钙钛矿太阳能电池在光照条件下激发产生激子(电子-空穴对)，由于钙钛矿材料激子束缚能较弱，且载流子迁移率高，激子分离成为电子和空穴后在p-n结内建电场的作用下并分别向电池两侧移动。光生空穴移向p区，光生电子移向n区，从而在闭合通路中形成电流，这便是钙钛矿太阳能电池的工作原理。常见的钙钛矿太阳能电池结构依次包括导电玻璃、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极。由于实际结晶过程存在诸多干扰因素，在钙钛矿吸光层的晶体中会存在大量的缺陷，主要包括层与层之间的界面缺陷和钙钛矿吸光层内部存在的反位离子、晶界等缺陷，这些缺陷会捕获自由电荷，导致器件光电性能降低。诸多研究表明，掺杂某些物质可以有效钝化缺陷。

针对界面缺陷主要采取对界面修饰的方法。

针对钙钛矿吸光层内部的缺陷的主要通过加入Lewis酸/碱(如小分子有机物等)和金属离子等物质以降低缺陷带来的影响，进而提高电池器件的实际光电性能和稳定性。

在传统的钙钛矿太阳能电池的实际制备中，电子传输层常采用二氧化钛(TiO2)或二氧化锡(SnO2)为主，空穴传输层以spiro-MeOTAD材料为主，金属电极普遍采用银电极或金电极。实际的钙钛矿太阳能电池中。CH3NH3PbI3(MAPbI3)是一种常用的钙钛矿吸光层材料，其具备钙钛矿型晶体结构。研究发现，在钙钛矿材料中掺杂氨基丙酸盐酸盐(APAC)或镍离子(Ni2+)等进行钝化，可以提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，但其价格相对较高，且重金属对人体及环境有害，另外，控制用量的操作精度相对较高，故在实际使用中难度相对较大。

发明内容

本发明旨在至少一定程度上解决以上问题，基于发明人对以下事实和问题的发现和认识，钙钛矿太阳能电池尚待完善的主要问题如下：一是钙钛矿太阳能电池钙钛矿材料晶粒微小、晶界密集，其导致载流子传输阻碍较大，降低了器件的光电转换效率；二是钙钛矿太阳能电池层与层之间存在界面缺陷，束缚了部分正常输运的载流子，导致电池器件的光电转换效率和输出性能降低。除此之外，由于界面处缺陷的存在，外界的水气和氧气将降低钙钛矿太阳能电池的稳定性。

本发明的实施例提出了一种钙钛矿太阳能电池制备方法，包括以下步骤：

(1)在导电玻璃上制备二氧化锡电子传输层；

(2)在所述电子传输层上制备海藻酸钠界面修饰层；

(3)在所述界面修饰层上制备钙钛矿吸光层；

(4)在所述钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；

(5)在所述空穴传输层上溅射制备金属电极层。