掺杂钙钛矿型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掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池及其制备方法。掺杂钙钛矿型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、介孔二氧化钛层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，所述钙钛矿吸光层材料为卤素掺杂的锡钙钛矿，卤素主要采用Br与I。其制备方法包括在透明导电衬底表面依次形成电子传输层、介孔二氧化钛层、锡钙钛矿层、空穴传输层和电极的步骤。本发明专利技术掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池无环境的污染，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。

Doped perovskite type thin-film solar cell and preparation method thereof

The invention discloses a doped perovskite type thin-film solar cell and a preparation method thereof. The Doped Perovskite Thin film solar cell comprises a transparent conductive substrate and the transparent conductive substrate sequentially with the electron transport layer, mesoporous titania layer perovskite, the light absorbing layer, a hole transport layer and the electrode, the light absorbing layer material for perovskite tin halogen halogen doped perovskite, mainly using Br and I. The preparation method comprises the steps of sequentially forming an electron transmission layer, a mesoporous titania layer, a tin calcium titanium layer, a hole transport layer and an electrode in the order of a transparent conductive substrate surface. The doped perovskite type solar cell has no environmental pollution, 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】
掺杂钙钛矿型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掺杂钙钛矿型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。但是在传统的钙钛矿电池生产中，因为钙钛矿含有铅，铅对人体和环境有危害。随着钙钛矿太阳能电池的快速发展这种有机无机杂化材料已经对环境造成了污染，而且还危害环境。因此，选择更合适的环保材料是眼下急需改进的。许多科学家已经提出了无铅钙钛矿电池，用其他材料来替换有毒的铅以防止对环境的危害。最典型的就是用Sn替换Pb，以及这种无铅钙钛矿性能的优化已经成为最近钙钛矿太阳能电池研究的热点。如国内专利CN104810478A公开了一种锡钙钛矿结构的太阳能电池，从下到上依次为导电玻璃、TCO阳极、电了传输层、锡钙钛矿吸收层、空穴传输层、银。其中，锡钙钛矿吸收层制备方法是将锡钙钛矿熔解在二甲基甲酰胺里，搅拌18小时，再把配好的溶液用甩胶机均匀的旋涂在经过退火的电子传输层上，再将甩好的锡钙钛矿吸光层在氮气保护套内，在100℃下，退火45分钟。但是在实际应用中发现，现有的采用Sn替换Pb的锡钙钛矿作为吸收层的太阳能电池吸光能力不太理想，其光电转换效率也不理想，从而限制了锡钙钛矿太阳能电池的应用。
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，提供一种掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池及其制备方法，以解决现有钙钛矿太阳能电池污染环境和现有锡钙钛矿太阳能电池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，提供了一种掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池。所述掺杂钙钛矿型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、介孔二氧化钛层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，所述钙钛矿吸光层材料为卤素掺杂的锡钙钛矿，所述卤素含有I和Br元素，且所述Br元素占I和Br元素总摩尔量的25％-75％。作为本专利技术的另一方面，提供了一种掺杂钙钛矿型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依次形成电子传输层、介孔二氧化钛层；将CH3NH3X溶解于含有卤化锡的有机溶剂中形成钙钛矿溶液，并将钙钛矿溶液涂覆于所述介孔二氧化钛层外表面，经干燥退火处理形成卤素掺杂的锡钙钛矿层；其中，所述X为Br/或I，且在所述锡钙钛矿层中含有I和Br元素，所述Br元素占I和Br元素总摩尔量的25％-75％；在所述锡钙钛矿层外表面依次形成空穴传输层和电极。与现有技术相比，本专利技术掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池采用Sn类材料代替Pb降低了对环境的污染，有利于推进我们走向新一代环保，低成本，无污染的太阳能电池。采用卤素掺杂的锡钙钛矿作为钙钛矿吸光层，能够改变锡钙钛矿吸光层的能带间隙，提升锡钙钛矿吸光能力，显著的提高本专利技术掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池的光电转换效率。本专利技术实施例掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池制备方法采用卤素的一步法掺杂制备卤素掺杂的锡钙钛矿吸光层，一方面有效保证了所制备的卤素掺杂的锡钙钛矿层能带间隙，提升锡钙钛矿吸光能力，显著的提高本专利技术掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池的光电转换效率；另一方面，避免采用铅化合物的使用，从而有效降低了对环境的污染，环保安全，而且采用一步法掺杂卤素掺杂的锡钙钛矿层工艺简单易操作，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掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池结构示意图；图2为本专利技术实施例掺杂钙钛矿型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掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池。所述掺杂钙钛矿型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、介孔二氧化钛层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，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70nm左右。在一实施例中，上述介孔二氧化钛层3的厚度为400nm左右。该厚度的介孔二氧化钛层3能够有效起到骨架层的作用，起到了支撑框架以及电荷传输的作用，并且介孔层大的比表面积能够增加与钙钛矿材料的接触，能使产生的载流子迅速传递出来，增大光电流。上述钙钛矿吸光层4能有效吸收太阳光，并被激发而产生光子产生电子-空穴对并。在一实施例中，该钙钛矿吸光层4材料为卤素掺杂的钙钛矿。且所述卤素含有I和Br元素，且所述Br元素占I和Br元素总摩尔量的25％-75％，在具体实施例中，所述Br元素占I和Br元素总摩尔量的为25％-75％。将钙钛矿吸光层4材料选用卤素掺杂的钙钛矿，卤素的掺杂有效提高了钙钛矿吸光层4的能带间隙，提升钙钛矿吸光能力，显著的提高本专利技术实施例掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池的光电转换效率。另外，采用锡替代原含铅钙钛矿吸光层，从而有效降低了对环境的污染，环保安全。为了进一步提高上述钙钛矿吸光层4的吸光能力，在一实施例中，所述钙钛矿吸光层4材料卤素掺杂的锡钙钛矿是由溶解后的卤化锡与CH3NH3X形成的钙钛矿溶液并经干燥形成；其中，所述X为Br和/或I，在进一步实施例中，Br与I比例为1：3-3：1，具体的如1：3、1：1、3：1。在进一步实施例中，所述卤化锡与CH3NH3X的摩尔比控制为1：1。在另一具体实施例中，所述卤化锡包括摩尔比为SnI2、SnBr2的混合物，且所述SnI2、SnBr2的摩尔比为1：3-3：1，具体的如1：3、1：1、3：1、2：3。在上述各实施例的基础上，上述钙钛矿吸光层4的厚度为300-400nm左右。上述空穴传输层5能够有效收集并提高空穴传输速率，并提高空穴向电极6的注入能力。为了进一步提高其收集并提高空穴传输速率以及提高空穴注入的作用。在一实施例中，该空穴传输层5为HTM层，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，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、介孔二氧化钛层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，其特征在于：所述钙钛矿吸光层材料为卤素掺杂的锡钙钛矿，所述卤素含有I和Br元素，且所述Br元素占I和Br元素总摩尔量的25％‑75％。

【技术特征摘要】
1.一种掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，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、介孔二氧化钛层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和电极，其特征在于：所述钙钛矿吸光层材料为卤素掺杂的锡钙钛矿，所述卤素含有I和Br元素，且所述Br元素占I和Br元素总摩尔量的25％-75％。2.如权利要求1所述的掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述卤素掺杂的锡钙钛矿是由溶解后的卤化锡与CH3NH3X形成的钙钛矿溶液并经干燥形成；其中，所述X为Br和/或I元素。3.如权利要求2所述的掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述卤化铅与CH3NH3X的摩尔比为1:1。4.如权利要求2或3所述的掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述卤化锡包括摩尔比为SnI2、SnBr2的混合物，且所述SnI2、SnBr2的摩尔比为1：3-3：1。5.如权利要求1-3任一所述的掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿吸光层的厚度为300-400nm。6.如权利要求1-3任一所述的掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电池，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spiro-OMeTAD层；和/或所述电极为银电极。7.如权利要求6所述的掺杂钙钛矿型薄膜太阳能电...

【专利技术属性】
技术研发人员：檀满林，杨帅，马清，张维丽，符冬菊，李冬霜，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