增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。本发明专利技术增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池吸光能力强，光电转换效率。其制备方法工艺简单易操作，生产效率高，降低了生产成本。

Enhanced light absorption type perovskite film solar cell and preparation method thereof

The invention discloses an enhanced light absorption type perovskite film solar cell and a preparation method thereof. The present invention enhanced light absorption type Perovskite Thin film solar cell comprises a transparent conductive substrate and the transparent conductive substrate sequentially with the electron transport layer, mesoporous perovskite layer, light absorbing layer, a hole transport layer and electrode, composite nanoparticle mesoporous materials including aluminum oxide and silver layer and the silica; among them, the composite nanoparticles with the silver nuclei, the silica coated core-shell structure layer. The optical absorption type perovskite film solar cell of the invention has strong light absorption capability and photoelectric conversion efficiency. The preparation method has the advantages of simple process, easy operation, high production efficiency and reduced production cost.

【技术实现步骤摘要】
增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及制备方法
本专利技术属于太阳能电池
，具体的说是涉及一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿电池(PVSK)是一种有机-无机复合型的，以MAPbX3为吸光材料，配合电子和空穴传输材料的新型太阳能电池。其封装前的厚度仅有数微米，远薄于非晶硅、CIGS等传统薄膜太阳能电池，成本也仅是其它太阳能硅电池组件的三分之一。钙钛矿薄膜太阳能电池所采用的有机-无机杂化钙钛矿具有较大激子结合能和优良的非线性光学性能。杂化钙钛矿材料具有优异的自组装性能，且结构和性能人工可调，显示了其在光电领域中巨大的应用前景，如用于平板显示器、光电导元件、传感器、光电池等。钙钛矿太阳能电池以极快的发展速度和优异的性能，已然成为当今光伏领域内最重要的研究热点之一，开始其电池的光电转换效率只有3.8％，2014年初，韩国化学技术研究所(KRICT)将该效率提升到17.9％。2014年5月，加州大学洛杉矶分校(UCLA)的Yang等已经将此效率提升到19.3％。这种发展速度使得这类太阳能电池备受关注。目前此类光电功能材料的研究多集中于单层钙钛矿无机片层的二维结构的研究。二维结构的多层钙钛矿无机片层和不同有机组成将带来新的性能和现象，杂化钙钛矿材料的可调控性的研究对光电功能材料的研究具有重大的意义。太阳能电池工作原理为太阳光照射电池内部形成的PN结，光激发PN结电子跃迁，产生电子空穴对。电子空穴对被PN结内电场分开，然后传输到太阳能电池的两极。但太阳能电池在实际工作中，各层之间在传输空穴-电子的同时，其也发生着空穴-电子对的再复合与湮灭，既太阳能内部发生的暗电流。目前并没有很好的方法来消除暗电流的产生，因此，提高太阳能电池光吸收，增加光电流的产生，是增加太阳能电池光电转换效率的可行方法。如今出现了介孔钙钛矿太阳能电池，传统的介孔钙钛矿太阳能电池主要由导电基底、致密层、骨架层、钙钛矿层、空穴传输层、对电极构成。钙钛矿太阳能电池可认为衍生于染料敏化太阳能电池(DSC)，因此传统的钙钛矿太阳能电池大多沿袭了染料敏化太阳能电池的结构和材料，采用具有特殊化学及电学特性的多孔TiO2作为骨架层。骨架层主要起到了支撑框架以及电荷传输的作用，在之后的研究中也有使用绝缘体A12O3作为骨架层，该骨架层则只是起到了支撑框架的作用，电荷传输则是由钙钛矿本身进行的。在实际应用过程中，TiO2作为常用的骨架层材料，本身仍然还有一些局限性。比如其电子迁移率相对于ZnO等同类无机氧化物半导体偏低，导致电子在TiO2层内部的传输损耗较大；由于TiO2内部缺陷、与钙钛矿界面的接触不够紧密等因素导致其电子收集效率不高，从而电流较低。这些局限性都限制了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率的提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，以解决现有介孔钙钛矿太阳能电池由于介孔层的缺陷导致光电转换效率不理想的技术问题。为了实现上述专利技术目的，作为本专利技术的一方面，提供了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池。所述增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。作为本专利技术的另一方面，提供了一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其包括如下制备步骤：在透明导电衬底表面形成电子传输层；将纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒混合配制成介孔层的前驱体溶液，并将所述前驱体溶液涂覆于所述电子传输层外表面，并经燥退火处理，形成介孔层；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构；在所述介孔层外表面依次形成钙钛矿层、空穴传输层和电极。与现有技术相比，本专利技术增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池采用含氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物作为介孔层，该介孔层协作钙钛矿吸光层能有效提高光的吸收能力，激发更多的光生载流子，进而提高钙钛矿吸光层的电性能和电池的器件效率。其中，该介孔层中的金属银纳米点的近场电场在表面等离子体激发下增加，加大了太阳能电池对于光的吸收效率；并且被金属银纳米点散射掉的光，进入太阳能电池，增加了光的路径长度；金属银纳米点也可以直接用作敏化剂，用来捕获光以及将光致电子注入到电子受体中。其次，加入金属银纳米点可以调节钙钛矿半导体中的激子结合能，使其大幅减小，进而减小了耦合的电子空穴对分离所需要的能量，有利于PN结中产生更多的电子空穴对，增加光电流的产生。本专利技术实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法采用纳米氧化铝、银与二氧化硅的复合纳米颗粒进行制备介孔层，使得该介孔层能够协助钙钛矿吸光层，提高钙钛矿吸光层的吸光吸收能力，并激发更多的光生载流子，从而提高制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。另一方面，采用一步涂覆法形成介孔层工艺简单易操作，更有利于推进产业大批量生产，降低太阳能电池的成本。附图说明图1为本专利技术实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池结构示意图；图2为本专利技术实施例增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池制备方法的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术实施例提供了一种具有高吸光能力的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池。所述增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的结构如图1所示，其包括透明导电衬底1和在所述透明导电衬底1表面依次层叠结合的电子传输层2、介孔层3、钙钛矿吸光层4、空穴传输层5和电极6。其中，上述透明导电衬底1一方面起到基体的作用，另一方面其作为太阳光的入射界面。在一实施例中，导电衬底1选用但不仅仅FTO导电玻璃。该FTO导电玻璃能够有效吸收从钙钛矿吸光层4传递过来的电子。另外，该导电衬底1的厚度可以是FTO导电玻璃常规的厚度范围。上述电子传输层2能有效提高从钙钛矿吸光层4传递至导电衬底1的电子的传输速率。在一实施例中，该电子传输层2为二氧化钛层，优选的为致密二氧化钛层。该二氧化钛层结构能够有效提高电子向导电衬底1传输的速率和提高电子注入的能力，且具有空穴是阻挡功能，另一方面能有效阻止钙钛矿层4中的载流子与导电衬底1中的载流子复合。在另一实施例中，该电子传输层2如致密二氧化钛层的厚度为45nm-55nm。上述介孔层3一方面能够起到支撑框架以及电荷传输的作用，另一方面其协助钙钛矿吸光层4，提高钙钛矿吸光层4的吸光吸收能力，并激发更多的光生载流子，从而提高制备的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的光电转换效率。因此，在一实施例中，所述介孔层3材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物。进一步实施例中，银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。这样，通过选用特定的介孔层材料，使得其能够与协作钙钛矿吸光层4能有效提高光的吸收能力，激发更多的光生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，其特征在于：所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。

【技术特征摘要】
1.一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，包括透明导电衬底和在所述透明导电衬底表面依次层叠结合的电子传输层、介孔层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，其特征在于：所述介孔层材料包括氧化铝和银与二氧化硅的复合纳米颗粒的混合物；其中，所述复合纳米颗粒是以所述银为核体，以所述二氧化硅包覆层的核壳结构。2.如权利要求1所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述氧化铝与所述复合纳米颗粒的质量比为1：(0.3-0.4)。3.如权利要求1所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述复合纳米颗粒中的粒径为100nm-110nm。4.如权利要求1-3任一所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述复合纳米颗粒中的所述银的粒径为60nm-70nm。5.如权利要求1-3任一所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述介孔层的厚度为400nm-500nm；和/或所述电子传输层的厚度为45nm-55nm；和/或所述空穴传输层的厚度为200nm-300nm；和/或所述钙钛矿吸光层的厚度为500nm-700nm。6.如权利要求1-3任一所述的增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池，其特征在于：所述透明导电衬底为FTO导电玻璃；和/或所述电子传输层为致密二氧化钛层；和/或所述空穴传输层为HTM层；和/或所述电极为银电极。7.一种增强光吸收型钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，其包括如下...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀满林，马东超，张维丽，李冬霜，马清，符冬菊，王晓伟，陈建军，
申请(专利权)人：深圳清华大学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44