一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于光伏领域，公开了一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法，即反式介观结构全无机钙钛矿太阳电池，太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密空穴传输层，介孔空穴传输层，无机钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层和对电极层。将传统介观结构钙钛矿电池中的电子传输层和空穴传输层位置互换，在双层无机空穴材料和电子传输材料之间制备一层全无机钙钛矿吸光材料，得到一种具有双层空穴传输层的倒置介观结构器件。本发明专利技术首次将介孔双层空穴结构应用在全无机钙钛矿太阳电池中，不仅有效解决了钙钛矿中挥发性阳离子相关的稳定性问题，同时解决了平面异质结钙钛矿太阳电池载流子输运效率差、光电转化性能普遍相对较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法
本专利技术属于光伏领域，具体涉及一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法。
技术介绍
目前钙钛矿(perovskite)种类分为：(a)有机-无机杂化钙钛矿、(b)有机钙钛矿和(c)全无机钙钛矿。有机-无机杂化钙钛矿材料由于其突出的光电性质等，逐渐走入研究者们的视野，并成为新型材料研究领域的热点之一。但由于其挥发性阳离子相关导致环境稳定性下降，使得限制了商业的发展。有机钙钛矿是一种通过分子基团组装而成的具有钙钛矿结构的分子基材料—无金属钙钛矿(metal-freeperovskites)，又称有机钙钛矿。无金属钙钛矿可以有效地避免金属毒性、高制备成本等问题，以满足实用材料对节能、经济、环保的要求。但由于非中心对称/极性的无金属分子基钙钛矿材料的合成一直困难重重，发展严重受限。全无机钙钛矿材料具有显著的压电、铁电性能而在铁电存储、压电传感器、致动器、电容器和非线性光学器件等应用中大放异彩，引起国内外广泛重视。且其合成工艺简单，可以有效的克制挥发性阳离子相关的长期稳定性问题。目前基于Pb基的全无机钙钛矿(perovskite)太阳电池因具有较高的热稳定性而备受关注。器件结构主要包括以下三种：正置平面结构，倒置平面结构和介观结构。平面结构钙钛矿太阳电池结构简单，制备简单，但是稳定性存在较大问题，同时平面异质结钙钛矿太阳电池光电转化性能普遍相对较低，载流子的输运效率差。介观结构电池是目前获得高效电池的主流结构，传统介观结构钙钛矿太阳电池的一般结构从下到上依次为：导电玻璃层、致密电子传输层、介孔电子传输层、无机钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极。现有技术研究较多的是正置介观结构的钙钛矿太阳电池，包括致密层TiO2和介孔层TiO2。然而，此种方法的制备过程中电子传输材料TiO2需要经过高温处理，且步骤繁琐。同时，常用的有机空穴传输材料(如Spiro-OMeTAD、PTAA等)存在稳定性差的问题。这些缺点限制了钙钛矿电池的实际应用，也是向低温柔性高效太阳电池发展的最大障碍。
技术实现思路
有鉴于此，本申请提供了一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法，首次将介孔双层空穴传输结构应用在全无机钙钛矿太阳电池中，不仅有效解决了钙钛矿中挥发性阳离子相关的长期稳定性问题，同时解决了平面异质结钙钛矿太阳电池载流子输运效率差、光电转化性能普遍相对较低的问题，而且有效地解决了传统正置介观结构的电子传输材料的高温制备问题。为解决以上技术问题，本专利技术提供了一种全无机钙钛矿太阳电池，所述太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密空穴传输层，介孔空穴传输层，无机钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层和对电极层。其中，所述导电玻璃层的材料选自FTO、ITO或TCO中的任意一种；在本专利技术提供的实施例中，所述导电玻璃层的材料优选为FTO。所述致密空穴传输层的材料选自NiO、CuSCN、CuO或Cu2O中的任意一种。所述介孔空穴传输层的材料选自CuAlO2、CuCrO2、CuGaO2、CuFeO2或CuInO2中的任意一种。所述无机钙钛矿吸光层的材料为化学式为ABX3型的化合物，其中，A选自Cs、Rb中的任意一种，B为Pb或Sn，X选自F、Cl、Br或I中的任意一种。在本专利技术提供的实施例中，所述无机钙钛矿吸光层的材料优选为CsPbI2Br，其制备方法为：将CsI，PbI2，PbBr2按照摩尔比((PbI2+PbBr2)/CsI＝1:1)称量，采用DMF：DMSO＝4:1的溶剂(同时加入100微升HI)进行溶解得到。所述电子传输层的材料选自[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)、ZnO、SnO2或C60中的任意一种。所述空穴阻挡层的材料为2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(BCP)或者乙酰丙酮锆。在本专利技术提供的实施例中，所述乙酰丙酮金属化合物优选为乙酰丙酮锆。所述对电极层的材料为金、银或者铜。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：(1)提供导电玻璃层，在所述导电玻璃层上采用电子束蒸发法制备致密空穴传输层；本专利技术的“致密空穴传输层”是指孔隙率低于2％的空穴传输材料形成的空穴传输层。本专利技术的致密空穴传输层具有超薄结构，其厚度为5-10nm，可以阻挡电子的传输，抑制电子空穴对在FTO导电衬底界面的复合。因此，在制备介孔空穴传输层前使用电子束蒸发法沉积致密空穴传输层对降低界面复合是极其重要的。(2)在所述致密空穴传输层上旋涂介孔空穴传输材料，退火得介孔空穴传输层；本专利技术在致密空穴传输层上沉积介孔空穴导体材料，得到介孔空穴传输层，退火后形成了双层空穴异质结结构，提高了空穴载流子的输运性能。本专利技术介孔空穴传输层的厚度为100-150nm。无机空穴材料和无机钙钛矿材料具有优异的热稳定性，克服了传统有机材料热稳定性差的问题。(3)在所述介孔空穴传输层上采用旋涂法制备钙钛矿前驱体，退火结晶得无机钙钛矿吸光层；采用旋涂法在介孔空穴传输层上沉积无机钙钛矿吸光材料。所述无机钙钛矿吸光层的制备方法为：在1500-5000rpm下旋涂无机CsPbI2Br钙钛矿溶液至介孔空穴传输层，旋涂完成后40℃退火5-60min,再150℃退火5-30min。结晶得无机钙钛矿吸光层。本申请采用旋涂法在介孔空穴传输层上沉积无机钙钛矿吸光材料，无机钙钛矿吸光材料一部分分散在介孔空穴传输层的孔中，可以有效增加空穴导体与无机钙钛矿吸光层之间的接触面积，进一步退火结晶得到无机钙钛矿-空穴材料异质结，有利于提升空穴的收集效率。本专利技术无机钙钛矿光吸收层的厚度为300-600nm。(4)在所述无机钙钛矿吸光层上沉积电子传输材料，得电子传输层；本专利技术在无机钙钛矿吸光层上旋涂电子传输层，电子传输层的厚度为60-100nm。(5)在所述电子传输层表面旋涂空穴阻挡材料，得空穴阻挡层；本专利技术在电子传输层上旋涂空穴阻挡层，本专利技术空穴阻挡层具有超薄结构，厚度为5-10nm，可以阻止空穴的传输，抑制电子空穴对在对电极界面上的复合。(6)在所述空穴阻挡层上蒸镀对电极材料，得对电极层。在空穴阻挡层上蒸镀对电极层，对电极的厚度为80-120nm。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能组件，包括所述的钙钛矿太阳电池。本申请与现有技术相比，其详细说明如下：太阳电池工作时，伴随着一些载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合(钙钛矿层不致密的情况)、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低。双层异质结结构可以有效提升载流子的输运效率，然而，现有技术研究的较多的是正式介观结构钙钛矿电池，即基于致密电子传输层和介孔电子传输层，且其采用的双层电子导体均为同一种电子导体材料。在器件中，电子和空穴是同等重要的两个领域。本专利技术将传统介观结构中电子传输层和空穴传输层互换，在双层空穴材料和电子传输材料之间制备一层无机钙钛矿吸光材料，得到一种具有双层空穴传输层的倒置介观全无机结构器件。本专利技术首次将致密和介孔两层空穴传输层应用在无机钙钛矿太阳电池中，形成了反式介观结构器件，介孔的形成，缩短了空穴的传输距离，提高空穴载流子的输运性能，全面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密空穴传输层，介孔空穴传输层，无机钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层和对电极层。

【技术特征摘要】
1.一种全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密空穴传输层，介孔空穴传输层，无机钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层和对电极层。2.根据权利要求1所述的全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述致密空穴传输层的材料选自NiO、CuSCN、CuO或Cu2O中的任意一种。3.根据权利要求1所述的全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述介孔空穴传输层的材料选自CuAlO2、CuCrO2、CuGaO2、CuFeO2或CuInO2中的任意一种。4.根据权利要求1所述的全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述无机钙钛矿吸光层的材料为化学式为ABX3型的化合物，其中，A选自Cs、Rb中的任意一种，B为Pb或Sn，X选自F、Cl、Br或I中的任意一种。5.根据权利要求4所述的全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述无机钙钛矿吸光层的材料为CsPbI2Br。6.根据权利要求1所述的全无机钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层的材料选自[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、[6,...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁宁一，陈雨，王书博，丁建宁，
申请(专利权)人：常州大学，江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32