[发明专利]叠层电池用高开压宽带隙钙钛矿顶电池的制备方法

说明书

本发明公开了叠层电池用高开压宽带隙钙钛矿顶电池的制备方法，属于太阳电池领域。叠层电池结构包括窄带隙底电池，隧穿层，宽带隙钙钛矿顶电池。所述高开压宽带隙钙钛矿电池的带隙是通过改变溶液中的金属卤化物添加摩尔比来调节，宽带隙钙钛矿吸收层通过两步法制备，首先获得金属卤化物薄膜，然后在其上制备有机卤化物薄膜并使二者反应制备宽带隙钙钛矿吸收层，并在钙钛矿上下界面或体内采用有机卤化物钝化剂消除宽带隙钙钛矿吸收层的表界面缺陷，以获得高开压和高性能宽带隙钙钛矿太阳电池器件，为透明单结太阳电池或高效多结叠层太阳电池及其对应的大面积太阳电池和其他光电器件如发光二极管、光电探测器、激光器的应用奠定基础。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳电池领域，具体涉及叠层电池用高开压宽带隙钙钛矿顶电池的制备方法。

技术背景

金属卤化物钙钛矿材料因其高吸光系数，带隙可调，高载流子迁移率以及较长的载流子扩散长度得到各国科研人员的广泛研究。随着钙钛矿电池制备技术及工艺的不断进步，其光电转换效率已经从最初的3.8％迅速提升到25.5％。然而为了突破肖克利-奎伊瑟理论极限，多结太阳能电池应运而生，成为提升光伏器件转换效率的重要途径，结合具有低成本的钙钛矿和工艺成熟的晶体硅，有希望在已经大规模商业化应用的晶体硅太阳能电池技术的基础上，大幅提升器件的转率效率。为了与晶体硅进行叠层以获得更高的转换效率，最关键的是制备高性能的宽带隙钙钛矿太阳能电池，然而，溴含量高的宽带隙钙钛矿薄膜的表界面存在较高的缺陷态密度，导致其存在很严重的开路电压损失的问题，从而使其性能表现远不如预期。采用两步法制备钙钛矿太阳能电池，制备的薄膜形貌更加可控，钙钛矿的晶粒更大且更均匀，可以获得更高质量的宽带隙钙钛矿薄膜，结合合适的钝化剂来减少宽带隙钙钛矿薄膜中的缺陷，降低由缺陷诱导的非辐射复合，从而进一步降低开路电压损失。因此，探索更成熟的工艺条件和钝化剂是改善宽带隙钙钛矿太阳能电池以及叠层电池性能的有效手段。

发明内容

本发明目的旨在进一步提升宽带隙钙钛矿薄膜的质量以及减少宽带隙钙钛矿薄膜的缺陷态密度，从而提升宽带隙钙钛矿太阳电池的开路电压及性能，为透明单结太阳电池或高效多结叠层太阳电池及其对应的大面积太阳电池和其他光电器件如发光二极管、光电探测器、激光器的应用奠定基础。宽带隙钙钛矿吸收层的制备方法为两步法，高开压宽带隙钙钛矿电池的带隙是通过改变溶液中的金属卤化物添加摩尔比来调节，宽带隙钙钛矿吸收层通过两步法制备，首先获得金属卤化物薄膜，然后在其上制备有机卤化物薄膜并使二者反应制备宽带隙钙钛矿吸收层，并在钙钛矿上下界面或体内采用有机卤化物钝化剂消除宽带隙钙钛矿吸收层的表界面缺陷，以获得高开压和高性能宽带隙钙钛矿太阳电池器件。两步法制备的薄膜形貌更加可控，钙钛矿的晶粒更大且更均匀，结合苯乙基碘化铵、苯乙基溴化铵和苯乙基氯化铵等有机卤化物盐等钝化剂，有效填补卤素空位缺陷，获得了缺陷密度降低、非辐射复合损失减少的高质量钙钛矿薄膜，进一步减少了宽带隙钙钛矿器件的开路电压损失，从而获得了开路电压和光电转换效率明显增强的宽带隙钙钛矿太阳电池。该发明有效解决了宽带隙钙钛矿器件的开路电压损失严重的问题，为透明单结太阳电池或高效多结叠层太阳电池及其对应的大面积太阳电池和其他光电器件如发光二极管、光电探测器、激光器的应用奠定了基础。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：