一种背光基底的钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种背光基底的钙钛矿太阳电池及其制备方法。该钙钛矿太阳电池包括背光的基底，金属背反射层，电子传输层，钙钛矿吸收层，空穴传输层以及接受入射太阳光的透明导电膜。本发明专利技术钙钛矿太阳电池不仅结构简单，且能显著提升钙钛矿太阳电池的光学吸收，且能降低钙钛矿太阳电池的成本。

Perovskite solar cell with backlight substrate and preparation method thereof

The invention relates to a perovskite solar cell with a backlight substrate and a preparation method thereof. The perovskite solar cell comprises a backlight substrate, a metal back reflection layer, an electron transport layer, a perovskite absorption layer, a hole transport layer, and a transparent conductive film for incident sunlight. The perovskite solar cell of the invention has the advantages of simple structure, high optical absorption of the perovskite type solar cell and low cost of the perovskite solar cell.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于钛矿太阳电池
，具体涉及一种背光基底的钙钛矿太阳电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿太阳电池自2009年首次被报道以来，便吸引了大量科研工作者的兴趣。经过短短几年的发展，其器件效率便从3.8％提升到22％，被《科学》杂志评为2013年十大科学突破之一。钙钛矿太阳电池受到全世界光伏领域高度关注的原因，除了它在短时间内达到第一代晶体硅电池的高效率水平，更重要的是其低成本的制备方法，这为低迷中的光伏行业带来了曙光。在现有技术基础上,进一步提高效率和降低成本并推进其产业化，是其必然的发展趋势。到目前为止，钙钛矿太阳电池主要形成了两种结构，一种是n-i-p型结构，另一种是p-i-n型结构。其中n型层指的是电子传输层，i指的是钙钛矿吸收层或带介孔结构的钙钛矿吸收层，p指的是空穴传输层。这两种结构的主要区别是沉积n型层和p型层的顺序不同。对于n-i-p型结构，首先在透明导电基底上沉积n型层，而后顺序沉积i型层和p型层，最后沉积背电极；对于p-i-n型结构，则首先在透明导电基底上沉积p型层，而后顺序沉积i型层和n型层，最后沉积背电极。无论是n-i-p型还是p-i-n结构，二者有个共同特点，那就是光从透明导电基底方向入射。为了便于描述，我们统称上述两种结构钙钛矿太阳电池为面光基底钙钛矿太阳电池。面光基底钙钛矿太阳电池目前已获得了超过22％的效率，但是在进一步提高效率和降低成本方面存在以下问题。首先是面光基底不可能达到100％的透光效果，并且与空气界面存在反射，由此会给太阳电池带来10％左右的表面反射损失以及基底自身吸收损失，影响效率提升；并且透过率越高的基底其成本也越高，不利于降低成本。其次，对于柔性太阳电池而言，面光基底只能采用一些高透过的PET或PEN等塑料衬底。这些塑料衬底只能耐受低温，而常规的高效率钙钛矿太阳电池的TiO2电子传输层和介孔层需要用到500℃左右的高温烧结。因此采用面光基底结构还会严重影响柔性衬底钙钛矿太阳电池效率的提升。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决上述的技术问题而提供一种背光基底的的钙钛矿太阳电池及其制备方法，该钙钛矿太阳电池不仅结构简单，而且能显著提升电池的光学吸收。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种背光基底的钙钛矿太阳电池，包括背光的基底，金属背反射层，电子传输层，钙钛矿吸收层，空穴传输层以及接受入射太阳光的透明导电膜；所述金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜的在所述基底表面的沉积顺序为金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜；或是金属背反射层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、透明导电膜。所述金属背反射层为Au、Ag或Al中的一种或者两种的合金，厚度为10-500nm。所述电子传输层为二氧化钛、氧化锌、Al或B或Ga掺杂氧化锌AZO或BZO或GZO、缓冲层修饰的氧化锌、缓冲层修饰的二氧化钛中的至少一种，厚度为30-300nm。所述钙钛矿吸收层为含有介孔结构或不含介孔结构的CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI(3-x)Clx中的一种，厚度为100-1000nm。所述空穴传输层为Spiro-OMeTAD、P3HT、PEDOT:PSS中的至少一种，厚度为10-100nm。所述透明导电膜为氧化铟锡ITO。所述基底为柔性或刚性基底，所述基底可以为透明的基底，也可以是不透明的基底。本专利技术的目的还在于提供一种背光基底的钙钛矿太阳电池制备方法，包括如下步骤：(1)基底清洗；(2)在所述基底上顺序沉积金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜；或是在所述基底上顺序沉积金属背反射层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、透明导电膜。其中，所述金属背反射层采用热蒸发或磁控溅射沉积在基底上；所述电子传输层采用采用真空蒸镀或旋涂的方法制备；所述钙钛矿吸收层采用真空蒸镀或旋涂的方法制备；所述空穴传输层采用真空蒸镀或旋涂的方法制备；所述透明导电膜采用热蒸发、电子束蒸发或射频磁控溅射的方法制备。本专利技术钙钛矿太阳电池，有助于提升电池光学吸收。光直接入射到电池的透明导电膜上，透明导电膜没有基底遮挡，因此可以消除基底寄生吸收损失及基底的表面反射损失；通过调控透明导电膜的厚度，还可实现电池前表面的减反功能，透明导电膜具有减反效果，能使更多的光进入电池内部，再加上金属背反射层的高反射高散射特性能使到达电池底部的光充分反射回电池内部进行再次吸收，提升电池的光利用率。本专利技术钙钛矿太阳电池，有助于降低成本。基底透过率越高，则其成本也越高(尤其是柔性基底)。由于背光基底钙钛矿太阳电池对基底的透过性无要求，因此可以采用廉价的普通玻璃衬底或柔性衬底(如不锈钢基底)。本专利技术钙钛矿太阳电池，有助于提升柔性钙钛矿太阳电池效率。本专利技术中，柔性电池的基底可以采用耐高温的不锈钢衬底或聚酰亚胺(PI)衬底等，提升各膜层的沉积质量，甚至可以引入需要高温烧结的介孔层，进一步提升电池效率。本专利技术中，入射光不从基底入射而从透明导电膜方向入射，因此基底既可以是透明的柔性或刚性基底，也可以是不透明的柔性或刚性基底。附图说明图1出示了本专利技术的一种背光基底的的钙钛矿太阳电池的结构示意图；图2出示了本专利技术又一种背光基底的的钙钛矿太阳电池的结构示意图。具体实施方式下面，结合实例对本专利技术的实质性特点和优势作进一步的说明，但本专利技术并不局限于所列的实施例。实施例1参见图1所示，一种背光基底的钙钛矿太阳电池，包括：基底1；金属背反射层2；电子传输层3；钙钛矿吸收层4；空穴传输层5；透明导电膜6，入射太阳光7从透明导电膜6方向入射；该实施例1中，基底1采用不锈钢基底，金属背反射层2采用Ag，电子传输层3采用AZO，钙钛矿吸收层4采用CH3NH3PbI3，空穴传输层5采用Spiro-OMeTAD，透明导电膜6采用ITO。其制备过程包括如下步骤：基底清洗：首先将不锈钢基底置于含电子清洗液的清洗槽中超声振荡清洗，水温40-100℃，清洗时间30-100min；而后将不锈钢基底移至不加任何清洗剂的去离子水槽中，作进一步超声振荡清洗，水温40-100℃，清洗时间30-100min；清洗完成后，使用氮气枪吹干。采用脉冲直流磁控溅射的方法在基底上沉积金属背反射层Ag：基底温度0-400℃，溅射气压0.1-10Pa，溅射功率50-300W，Ag膜厚度50-300nm。采用射频磁控溅射的方法在Ag膜上沉积电子传输层TiO2：基底温度300-500℃，溅射气压0.1-10Pa，溅射功率50-300W，膜厚50-100nm。采用两步顺序真空沉积的方法在电子传输层上沉积CH3NH3PbI3吸收层：首先在真空环境下热蒸发PbI2粉末，而后热蒸发CH3NH3I粉末，取出后在加热板上进行退火形成钙钛矿吸收层，退火温度50-200℃，膜厚100-500nm。采用旋涂的方法在钙钛矿吸收层上沉积空穴传输层Spiro-OMeTAD：转速1000-2000rpm，膜层厚度10-100nm。采用热蒸发铟锡合金的方法在空穴传输层上沉积ITO：温度100-400℃，氧气压0.1-10Pa，膜层厚度50-300nm。实施例2：参阅图2所示，本专利技术提供另一种背光基底钙钛矿太阳电池，包括：1-不锈钢基底；2-金属背反本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背光基底的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括背光的基底，金属背反射层，电子传输层，钙钛矿吸收层，空穴传输层以及接受入射太阳光的透明导电膜；所述金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜的在所述基底表面的沉积顺序为金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜；或是金属背反射层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、透明导电膜。

【技术特征摘要】
1.一种背光基底的钙钛矿太阳电池，其特征在于，包括背光的基底，金属背反射层，电子传输层，钙钛矿吸收层，空穴传输层以及接受入射太阳光的透明导电膜；所述金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜的在所述基底表面的沉积顺序为金属背反射层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、透明导电膜；或是金属背反射层、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层、透明导电膜。2.根据权利要求1所述背光基底的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述金属背反射层为Au、Ag或Al中的一种或者两种的合金，厚度为10-500nm。3.根据权利要求1所述背光基底的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层为二氧化钛、氧化锌、Al或B或Ga掺杂氧化锌AZO或BZO或GZO、缓冲层修饰的氧化锌、缓冲层修饰的二氧化钛中的至少一种，厚度为30-300nm。4.根据权利要求1所述背光基底的钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层为含有介孔结构或不含介孔结构的CH3NH3PbI3和CH3NH3PbI(3-x)Clx中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培专，牛萍娟，于莉媛，张炜，杜阳阳，张建军，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12