[发明专利]一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明涉及太阳能电池领域，一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池，光吸收层为钙钛矿活性层，钙钛矿活性层中掺有二维半导体二硒化钼MoSe₂纳米片，所述钙钛矿活性层为ABX₃薄膜，A为CH₃NH₃⁺（MA⁺）或CH₃NH₃（MA⁺）与HC(NH₂)₂（FA⁺）的混合，B为Pb²⁺，X为I^‑或I^‑、Cl^‑与Br^‑的混合。本发明可以形成PbI₂多孔结构，使钙钛矿第二步与PbI₂完全反应，进而改善钙钛矿薄膜质量。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，具体是一种基于二维半导体二硒化钼掺杂的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

自工业革命以来，人们对于化石能源的需求量越来越大，化石能源短缺成为制约国际社会发展的瓶颈，而且化石能源导致的环境污染愈发严重。为了解决这些问题，太阳能电池作为一种新能源技术应时而生。从上世纪50年代发展至今，太阳能电池经历了三代的发展：（1）晶体硅太阳能电池。其制作工艺成熟，效率高，但造价高，耗能高，限制了其更进一步的发展；（2）薄膜太阳能电池。它可以做得很薄，节约了原材料，降低了成本，并能够实现可连续、大面积和自动化生产，其缺点是效率低，稳定性差，所用材料含有碲、镓、硒、铟等稀缺元素且会对环境造成污染。（3）新型太阳能电池，主要有染料敏化太阳能电池（DSSC），有机太阳能电池（OPV）及钙钛矿太阳能电池（PSC）等。其中钙钛矿太阳能电池因其制备工艺简单，成本低，光电转换效率高（目前效率达25%以上）而受到全世界的广泛关注。

钙钛矿太阳能电池光吸收层是一种有机-无机杂化钙钛矿型材料，化学式为ABX₃A为CH₃NH₃⁺（MA⁺）或CH₃NH₃（MA⁺）与HC(NH₂)₂（FA⁺）的混合，B为Pb²⁺，X为I^-或I^-、Cl^-与Br^-的混合，晶胞结构MX₆构成八面体并相互接触，组成了三维结构，A位阳离子嵌入其中。钙钛矿太阳能电池的研发对大规模利用太阳能提供廉价电能具有十分重要的意义。有机-无机杂化卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于具有光伏性能高、成本低、易于溶液加工等特点被认为是下一代新兴的光伏技术。

目前，开发了旋涂、刮涂和蒸发的方法来制备钙钛矿薄膜。其中，旋涂法应用最多，可分为一步法和两步法。一步法已被证实可以制备光滑致密的钙钛矿层，但因为使用反溶剂，过程不易控制。 相比之下，两步法不需要使用反溶剂，钙钛矿薄膜的结晶更可控。两步法是将FA⁺、MA⁺或混合有机阳离子溶液旋涂到预先制备的PbI₂薄膜上。其机理是FA⁺、MA⁺或混合有机阳离子溶液 扩散到PbI₂层中并与PbI₂反应形成钙钛矿。钙钛矿的形态取决于两步法中初始PbI₂的形态然而，在这个过程中，致密的PbI₂层阻止了部分MA⁺溶液向PbI₂内部扩散，导致钙钛矿薄膜中有大量的PbI₂残留，影响钙钛矿薄膜的质量。同时，在钙钛矿结晶过程中，碘化铅（PbI₂）颗粒经常残留在晶界和表面，形成钙钛矿晶体的缺陷。这些缺陷在很大程度上会引起电荷载流子中的非辐射复合并降低整体器件性能。 因此，需要提升钙钛矿结晶以降低 PbI₂ 缺陷密度。