本发明专利技术公开了一种PIN异质结太阳能电池及其制备方法。该钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的透光／透明电极层、过渡层、电子传输层、吸光层、电子吸收层、空穴传输层和顶电极，其中：所述过渡层为镍的氧化物；电子传输层为四元氧化物；吸光层为具有钙钛矿结构的材料；所述电子吸收层是由石墨烯与氧化石墨烯构成；所述空穴传输层由三元氧化物构成，所述顶电极由导电性能良好的材料构成。本发明专利技术有效地利用了钙钛矿材料的性能，将钙钛矿太阳能电池的光电转化效率提高到了18%以上，适于批量生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于钙钛矿太阳能电池领域，特别是一种具有异质结结构的高光电转化效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，钙钛矿太阳能电池越来越成为研究者关注的焦点。这类材料具有合适的带隙、吸光系数高、能量转换率高、制备简单、生产成本低等一系列优点。使得人们对钙钛矿型太阳能电池的商业化产生了强烈的期待，以改变当前硅太阳能主要依靠政府补贴的局面，实现太阳能电池的真正商业化。钙钛矿太阳能电池最近备受关注。中国专利技术专利CN 103855307 A公开了一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳电池包括透明电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极，其中所述空穴传输层包括PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPT1、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种。该专利技术的钙钛矿太阳电池具有较低的成本；所述制备方法工艺简单，能够进行规模化生产。其转化效率低于14%。中国专利技术专利CN 104900810 A公开了一种均勾有机-无机|丐钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，首先按比例配制钙钛矿溶胶前驱液，然后通过多步骤旋转涂布法在洁净的导电玻璃衬底上制备钙钛矿薄膜，为了得到均匀光滑的有机-无机钙钛矿薄膜，在旋涂最后阶段，通过滴加有机溶剂对薄膜进行处理，最后将薄膜烘干，从而得到均匀光滑有机-无机钙钛矿薄膜。该专利技术以PH)0T:PSS作为空穴传输层，PCBM作为电子传输，ZnO纳米颗粒膜作为空穴阻挡层制备电池器件。其优点是:1、采用一步液相制备方法制备钙钛矿薄膜，不需要复杂设备，可以非常容易地得到均匀的有机-无机钙钛矿薄膜；2、以自制的ZnO纳米颗粒溶胶旋涂成膜作为空穴阻挡层，获得高效率的电池器件。不过其转化效率仍低于 15%。中国专利技术专利CN 104576932 A公开了一种双层纳米介孔电子传输层的I丐钛矿光伏电池及其制备方法。该电池由导电衬底、双层结构的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极组成。本专利技术的优点是:该钙钛矿光伏电池采用一步法低温生长的Sn02作为电子传输层，取代了两步法高温烧结的Ti02电子传输层，极大简化了制备流程。这种一步法低温制备的介孔钙钛矿光伏电池取得了 13.82%的光电转换效率，同时有效的降低了制作成本。该钙钛矿光伏电池的介孔结构相比平面结构更易于钙钛矿吸光材料的附着，且Sn02对钙钛矿吸光层的分解作用比Ti02较弱，提高了电池的性能与稳定性。该专利技术能够促进柔性太阳能电池的发展及推广，并进一步推进钙钛矿太阳能电池的工业化应用。中国专利技术专利CN 104810479 A公开了一种太阳能电池以及制作方法。现有的钙钛矿电池，制作工艺对需要高温，限制了电池在柔性衬底的使用，同时效率低，而且钙钛矿电池要使用铅，铅对人体以及环境有很大的危害。该专利技术提供了一种锡钙钛矿结构柔性太阳能电池，从下到上依次为导电衬底、阳极、电子传输层、吸收层、空穴传输层、银，其中电子传输层为纳米氧化铝薄膜，吸收层为锡钙钛矿结构吸收层。该专利技术还提供了锡钙钛矿结构柔性太阳能电池的制作方法。本专利技术采用纳米氧化铝做电子传输层，以锡钛矿结构做吸收层，该结构的特点为:电子传输层在150°C下操作即可完成，同时减少了铅的使用。由此生产的太阳能电池的转换效率可达到13-14%。上述专利技术逐步将钙钛矿太阳能电池向产业化不断推进，不过，目前还不能大规模生产，因为其效率都还在15%以下，寻找更高效率的太阳能电池结构是人们一致努力的目标。
技术实现思路
专利技术目的:为了充分利用钙钛矿材料的性质，制备可用于生产的钙钛矿太阳能电池，本专利技术提供了一种PIN (P-1-N)异质结太阳能电池及其制备方法及其制备方法。采用本专利技术的电池材料及其结构，能够大幅提高太阳能电池对光子的吸收及其转化效率，从而提高太阳能电池的光电转化效率，改善器件性能。本专利技术的技术方案如下: 1)采用导电玻璃作为透光/透明电极层； 2)制备过渡层:采用喷涂热分解技术在导电玻璃表面制备镍的氧化物层。厚度控制在5-50nm范围内； 3)制备得到电子传输层:接着旋涂已酸丙酮镍、醋酸锂、乙酸镁四水合物的混合物，烘干(300°C — 400°C)，制备得到电子传输层，厚度控制在10-100nm之间； 4)制备吸光层: a.配制PbI2溶液，PbI2的浓度为0.5-3.0Mol/L，溶剂为二甲基甲酰胺； b.配制CH3NH3I溶液:浓度10mg/mL，溶剂为异丙醇； 采用溶液法原位合成钙钛矿材料:先在电子传输层上旋涂PbI2溶液，烘干后放入CH3NH3I溶液中浸泡生长出钙钛矿材料，得到钙钛矿吸光层。通过控制PbI2与CH3NH3I反应溶液的浓度，控制钙钛矿的形貌与厚度，厚度控制在50-500nm之间； 5)制备电子吸收层: 将石墨粉加入装有浓硫酸的容器中，容器置于冰浴中，搅拌均匀，再加入的高锰酸钾粉末，保持温度20°C以下搅拌均匀，将搅拌均匀后的溶液升温到35°C持续搅拌30分钟，接着缓慢的向溶液中加入去离子水以及浓度为30%的双氧水，并把混合物升温到98°C持续搅拌15分钟，直到混合物颜色变为亮黄色； 然后将上述溶液在超声分散仪中振荡分散，得到稳定的分散液。然后滴加水合肼，并将此溶液放入油浴中加热到100°C后，恒温反应10-20分钟，然后用半透膜过滤，将得到的产物分别用去离子水、甲醇、乙醇洗涤，旋涂于钙钛矿材料之上，最后在60°C条件下充分干燥，得到的产物就是石墨烯与氧化石墨烯的混合物。控制反应时间、溶液的浓度与涂布厚度，使电子吸收层的厚度在30-150nm之间，氧化石墨稀的重量百分比含量介于5-30% ； 6)制备空穴传输层: 将异丙氧基钛(或双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯前驱体溶液)与乙醇铌的混合，搅拌均匀，旋涂于电子吸收层上； 7)顶电极的制备: 采用真空热蒸镀、喷涂、沉积等方法，在器件上表面蒸镀50-300nm的导电金属层或碳层。本专利技术的一种P-1-N异质结太阳能电池透光/透明电极层的材料为透明且能导电的材料组成，包括但不限于铟锡氧化物(ITO，Indium Tin Oxides)、氟锡氧化物(FT0，fluorine doped tin oxide)、招锌氧化物(AZO，aluminium-doped zinc oxide)等常用的透明电极材料。过渡层为Ni的氧化物，包含但不限于Ni0、Ni02。电子传输层为四元氧化物，由N1、Mg、L1、0四种元素构成，且Li / Mg的摩尔比介于1:10与1:3之间。吸光层为具有钙钛矿结构的材料，所采用的钙钛矿结构光伏材料为ABX3型晶体结构的有机无机杂化钙钛矿。其中，B为铅、锡、锑，X为卤素元素。电子吸收层为石墨烯与氧化石墨烯的混合物。空穴传输层由三元氧化物构成，包含T1、Nb、0三种元素，且Nb / Ti的摩尔比介于1:30与1:10之间。顶电极为金属电极或导电碳材料电极，如银、金、铜、石墨、石墨稀等等。有益的效果: 采用本专利技术的材料与结构，能够充分利用钙钛矿材料的性能，并挖掘其潜能，形成P -1 一 N异质结，充分吸收太阳光能并提高其转化率，其转化效率可达18%以上。本专利技术采用了纳米级含镍过渡层，不仅能够提升P — I 一 N异质结扑获吸收光子的能力，而且大大提升了该电池的时间稳定性本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种PIN异质结太阳能电池及其制备方法，该电池包括依次层叠的透光／透明电极层、过渡层、电子传输层、吸光层、电子吸收层、空穴传输层和顶电极,其中：所述过渡层为镍的氧化物；电子传输层为四元氧化物；吸光层为具有钙钛矿结构的材料；所述电子吸收层是由石墨烯与氧化石墨烯构成；所述空穴传输层由三元氧化物构成，所述顶电极由导电性能良好的材料构成。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨秋香，
申请(专利权)人：杨秋香，
类型：发明
国别省市：广东;44
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