一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置在透明衬底上的阳极层、空穴传输层、光吸收层电子传输层和阴极层，所述阳极层为具有网格状结构的金属层。本发明专利技术解决了钙钛矿太阳能电池在大尺寸的设计下，具有更好的延展性、导电性和透光性的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
随着化石能源的日渐枯竭和其对环境的污染，寻找可再生的清洁能源已经迫在眉睫。太阳能作为一种利用太阳辐射连续输入，可在任意地点取用的可再生清洁资源，越来越得到关注。因此利用半导体材料的光生伏特效应把光转换成电的太阳能电池，也成了应对能源枯竭危机，解决环境污染问题的重要途径。其中，以有机-无机钙钛矿材料为基础的钙钛矿太阳能电池的发展最为迅猛，光电转换效率已可以达到22.1％，再加上钙钛矿材料具有很多优点，如合适的带宽、较低的复合率、扩散长度长、载流子寿命长等，使其成为目前研究的热点。钙钛矿太阳能电池的主要参数如填充因子和短路电流密度很大程度取决于透明电极的光透射率以及电阻率。目前钙钛矿太阳能电池应用最广的透明电极材料是铟锡氧化物(ITO：IndiumTinOxides)，但由于铟是相对稀少的元素，具有毒性，且在衬底上形成ITO电极的制备工艺(如溅射、热蒸发、脉冲激光淀积等)对设备有一定要求，因此ITO电极的成本比较昂贵，不利于大批量生产。另外，ITO具有脆性，不利于制备大型化器件。未来的钙钛矿太阳能电池在商业上的主要趋势是大型化，但是ITO电极的面电阻是随着ITO电极的尺寸增大而增大。如果为了降低ITO电极的面电阻增加了其厚度时，会使ITO电极的透光性下降，导致钙钛矿太阳能电池的产电量降低。因此，有必要研发一种钙钛矿太阳能电池，确保电极具有较高的透光率和导电率的同时，实现大型化设计。
技术实现思路
鉴于现有技术存在的不足，本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，以解决太阳能电池保持较高的透光率和导电率的同时，实现大型化设计问题。为了达到上述的目的，本专利技术提供了如下的技术方案：一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置在透明衬底上的阳极层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层和阴极层，所述阳极层为具有网格状结构的金属层。优选地，所述阳极层包括依次设置在所述透明衬底上的第一金属层和第二金属层。优选地，所述第一金属层的材料为镍，所述第二金属层的材料为金。优选地，所述第一金属层的厚度为10～20nm，所述第二金属层的厚度为30～80nm。优选地，所述阳极层与所述空穴传输层之间设有空穴收集层。优选地，所述空穴收集层的厚度为100～200nm，所述空穴传输层厚度为10～20nm。本专利技术还提供了如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括步骤：S1、提供一透明衬底；S2、在所述透明衬底上制备具有网格状结构的金属层，形成阳极层；S3、在所述阳极层上制备空穴传输层；S4、在所述空穴传输层上制备光吸收层；S5、在所述光吸收层上制备电子传输层；S6、在所述电子传输层上制备阴极层。优选地，所述步骤S2具体包括：在所述透明衬底上涂布光刻胶，通过曝光显影工艺将网格状结构图案转移到所述光刻胶上，形成光刻胶模版；在所述光刻胶模版上沉积金属层；剥离所述光刻胶模版，制备获得网格状结构的金属层，形成所述阳极层。优选地，所述在所述光刻胶模版上沉积金属层包括：在所述光刻胶模版上依次沉积的所述第一金属层和所述第二金属层。优选地，在所述步骤S2和所述步骤S3之间还包括步骤：S3a、对所述阳极层进行紫外-臭氧表面处理，在所述阳极层上涂布用于形成空穴收集层的溶液，经固化处理后，形成空穴收集层。与现有技术相比，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的阳极层采用了金属网格电极，在大尺寸的设计下，具有更好的延展性、导电性和透光性，适用于多种场合。进一步，在阳极层与空穴传输层之间设置了空穴收集层，空穴收集层的厚度大于阳极层的厚度，形成平整的表面，有利于位于其上方的各层结构形成平整的表面；另外，空穴收集层填充在阳极层的网状结构的中空部分，使得空穴收集层与阳极层具有较大的接触面积，提高了光生空穴的收集效率。附图说明图1为本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2为本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池的制备流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。这些优选实施方式的示例在附图中进行了例示。附图中所示和根据附图描述的本专利技术的实施方式仅仅是示例性的，并且本专利技术并不限于这些实施方式。在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池，如图1所示，所述钙钛矿太阳能电池包括依次设置在透明衬底1上的阳极层2、空穴传输层3、光吸收层4、电子传输层5和阴极层6。其中，所示阳极层2为具有网格状结构的金属层，所述阳极层2包括依次设置在所述透明衬底1上的第一金属层21和第二金属层22。所述第一金属层21作为一种粘附修饰，使所述阳极层2形成在多种类型的所述透明衬底1上，所述透明衬底1可以为玻璃板、石英玻璃板、蓝宝石玻璃板之一，所述第一金属层21的主要制备材料为镍。所述第二金属层22为主导电层，具有优秀的导电性，所述第二金属层22的主要制备材料为金。其中，所述第一金属层21的厚度为10～20nm，所述第二金属层22的厚度为30～80nm。进一步，本实施例中，所述阳极层2的网格状结构的形状为多边形，例如三角形、四边形、五边形、六边形等。为了确保钙钛矿太阳能电池的透光性的同时，保证所述阳极层2的网格状结构的稳固性，本实施例中采用的网格状结构的形状为六边形。其中，所述阳极层2的网格线宽为5μm～50μm，网格线之间的间距为87μm～870μm。在本实施例中，如图1所示，所述阳极层2与所述空穴传输层3之间设有空穴收集层31，所述空穴收集层31通过溶液固化形成，厚度为100～200nm，其厚度大于所述阳极层2的厚度，形成平整的上表面，有利于位于其上方的各层结构(例如空穴传输层3和光吸收层4等)形成平整的表面。另外，空穴收集层31填充在阳极层2的网状结构的中空部分，使得空穴收集层31与阳极层2具有较大的接触面积，提高了光生空穴的收集效率。本专利技术还提供了如上所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，如图2所示，所述制备方法包括以下步骤：S1、提供一透明衬底1。具体地，所述透明衬底1为玻璃板。其中，把所述透明衬底1依次放入去离子水、丙酮和无水乙醇中进行超声清洗，超声功率为50～100Hz，时间为5～20min。清洗完毕后通过氮气枪吹干。S2、在所述透明衬底1上制备具有网格状结构的金属层，形成阳极层2。具体地，步骤S2包括：S21、在所述透明衬底1上旋涂光刻胶，旋涂的第一级转速为1000rpm，时间为5s，第二级转速为4000rpm，时间为30s，旋涂加速度为4000rpm/s。S22、把所述透明衬底1移至烘胶机上以100℃温度进行烘胶，时长为90～100s。自然冷却后，把所述透明衬底1放置于网格状的光掩膜基版下曝光3～5s，之后在显影液中显影45～50s后用去离子水冲洗，通过氮气枪把所述透明衬底1吹干，以此将网格状结构图案转移到所述光刻胶上，形成光刻胶模版。S23、把所述透明衬底1放置金属蒸镀室内，采用电子束蒸发工艺在所述光刻胶模版上进行蒸镀。其中，先蒸镀10～20nm的镍，形成所述第一金属层21，之后再蒸镀30～8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置在透明衬底(1)上的阳极层(2)、空穴传输层(3)、光吸收层(4)、电子传输层(5)和阴极层(6)，其特征在于，所述阳极层(2)为具有网格状结构的金属层。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置在透明衬底(1)上的阳极层(2)、空穴传输层(3)、光吸收层(4)、电子传输层(5)和阴极层(6)，其特征在于，所述阳极层(2)为具有网格状结构的金属层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述阳极层(2)包括依次设置在所述透明衬底(1)上的第一金属层(21)和第二金属层(22)。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一金属层(21)的材料为镍，所述第二金属层(22)的材料为金。4.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一金属层(21)的厚度为10～20nm，所述第二金属层(22)的厚度为30～80nm。5.根据权利要求1-4任一所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述阳极层(2)与所述空穴传输层(3)之间设有空穴收集层(31)。6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴收集层(31)的厚度为100～200nm，所述空穴传输层(3)厚度为10～20nm。7.一种如权利要求1-6任一所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、提供一透明衬底(1)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢刚，何风琴，王旭辉，郑璐，钱俊，杨振英，张敏，杜娟，孟庆平，
申请(专利权)人：黄河水电光伏产业技术有限公司，青海黄河上游水电开发有限责任公司光伏产业技术分公司，国家电投集团黄河上游水电开发有限责任公司，青海黄河上游水电开发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：青海,63