一种钙钛矿太阳能电池及其加工工艺制造技术

一种钙钛矿太阳能电池及其加工工艺。涉及一种钙钛矿太阳能电池，尤其涉及对其中电子传输层的改进。提供了一种能有效提高能源利用率、降低制备难度和成本的钙钛矿太阳能电池其加工工艺。包括依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和顶部金属电极，所述电子传输层为金属电子传输层，所述金属电子传输层为铟金合金，其中，铟的含量为98‑100%wt，金的含量为2‑0%wt，所述金属电子传输层的功函数为4.1‑4.3eV。本发明专利技术从整体上具有能有效提高能源利用率、降低制备难度和成本的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其加工工艺
本专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池，尤其涉及对其中电子传输层的改进。
技术介绍
发展高效的太阳能利用技术、提高能源的利用效率，实现太阳能充分而合理的应用，在解决能源危机方面具有非常重要的科学意义。以甲胺碘铅（CH3NH3PbI3，MAPbI3）为代表的有机-无机杂化钙钛矿（以下简称“钙钛矿”）能量转换材料，是近年来最受科学和产业界关注的“明星材料”。钙钛矿材料具有直接带隙，高载流子迁移率、低非辐射复合速率、优良的光吸收能力等优良的光电性能，短短五年，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8%提高到22%以上。常规的钙钛矿太阳能电池一般由透明导电层/空穴传输层/钙钛矿光活性层/电子传输层/金属电极组成，一般而言，电子传输层由有机材料富勒烯和它的衍生物组成，因为它们有很强吸潮性,这对于并未被PCBM完全覆盖的钙钛矿界面有很大损害，会导致未封装的钙钛矿电池暴露在50%左右湿度的大气下,几分钟内钙钛矿光吸收层就会发生分解。近期，有研究采用纯无机电子传输层材料如氧化锌，氧化铝等材料制备钙钛矿电池，然而由于这些材料的禁带较宽，导致材料的电子传输性能下降，进而影响了电池光电转换性能的提高。同时，由于制备有机和无机电子传输层的工艺无法与随后制备顶部电极的工艺兼容，这增加了钙钛矿电池制备的复杂性和成本。
技术实现思路
本专利技术针对以上问题，提供了一种能有效提高能源利用率、降低制备难度和成本的钙钛矿太阳能电池其加工工艺。本专利技术的技术方案是：包括依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和顶部金属电极，所述电子传输层为金属电子传输层，所述金属电子传输层为铟金合金，其中，铟的含量为98-100%wt，金的含量为2-0%wt，所述金属电子传输层的功函数为4.1-4.3eV。所述金属电子传输层的厚度为2-200nm。所述钙钛矿太阳能电池的加工工艺，依次包括在透明导电层上设置空穴传输层，再在空穴传输层设置钙钛矿光活性层，其特征在于，然后，在真空度小于1×10-4Pa的环境下于钙钛矿光活性层上表面蒸镀金属电子传输层；最后，在所述金属电子传输层设置顶部金属电极。所述透明导电层为表面设有氧化铟锡的导电玻璃。所述空穴传输层由聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]和聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)溶液喷涂而成，所述空穴传输层的厚度为8-11nm。所述钙钛矿光活性层由甲铵铅碘型钙钛矿单晶或者多晶材料制成。所述顶部金属电极为金、铜、银、铝中的一种或者多种组合。本专利技术采用铟或铟金合金作为电子传输层，使得电子传输层相对于传统的有机或无机电子传输层拥有更好的导电性，形成电池串联电阻较低，有助于光电流的抽取和电池保持较高填充因子，从而提高能源利用率；顶部金属电极和金属电子传输层同属金属材料，具有工艺兼容性，降低了电池的制备难度及制备成本。本专利技术从整体上具有能有效提高能源利用率、降低制备难度和成本的特点。附图说明图1是钙钛矿太阳能电池的结构示意图，图2是制备的太阳能电池的截面形貌，图3是电池在模拟太阳光照射情况下的电流电压曲线。具体实施方式本专利技术如图1所示，包括依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和顶部金属电极，所述电子传输层为金属电子传输层，所述金属电子传输层为铟金合金，其中，铟的含量为98-100%wt，金的含量为2-0%wt，所述金属电子传输层的功函数为4.1-4.3eV。使用金属作为电子传输层的材料，降低了电池的串联电阻，有助于光电流的抽取和电池保持较高填充因子，而且，在金属电子传输层中加入一定含量的金，使得由铟金合金制成的金属电子传输层可以均匀、可靠地涂覆在钙钛矿光活性层表面，有利于电子的传输和钙钛矿太阳能电池性能的提高；通过这样的配比，使得金属电子传输层的功函数在4.1-4.3eV之间，同钙钛矿材料导带位置匹配，制得的金属电子传输层更加容易捕获、传输电子，提高转化效率；铟金属在空气中性质稳定，不会产生吸潮现象，空气中的水汽不会透过铟即金属电子传输层，也就不会造成钙钛矿光活性层遇水分解的问题，提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性；同时，金属电子传输层具有与顶部金属电极工艺兼容的特点，降低了电池的制备难度及制备成本。所述金属电子传输层的厚度为2-200nm。通过优化金属电子传输层的厚度，有利于钙钛矿光活性层与顶部金属电极之间的电子空穴对分离和电子传输，可提高电池的能量转换效率，操作简单可控。所述钙钛矿太阳能电池的加工工艺，依次包括在透明导电层上设置空穴传输层，再在空穴传输层设置钙钛矿光活性层，其特征在于，然后，在真空度小于1×10-4Pa的环境下于钙钛矿光活性层上表面蒸镀金属电子传输层；最后，在所述金属电子传输层设置顶部金属电极。真空度低于1×10-4Pa，提供保护环境，确保蒸镀操作可靠。所述透明导电层为表面设有氧化铟锡的导电玻璃。所述空穴传输层由聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]和聚乙撑二氧噻吩-聚(苯乙烯磺酸盐)溶液喷涂而成，所述空穴传输层的厚度为8-11nm。制成的空穴传输层具有高电导率、高可见光透射率和高稳定性的特点。所述钙钛矿光活性层由甲铵铅碘型钙钛矿单晶或者多晶材料制成。所述顶部金属电极为金、铜、银、铝中的一种或者多种组合。顶部金属电极和金属电子传输层均由金属制成，具有工艺上的兼容性，从而降低了生产成本。由图2可知，利用本案记载的方法所制备的太阳能电池覆盖在金属电子传输层上的钙钛矿薄膜的覆盖率很高，形貌得到改善；由图3可看出，在模拟太阳光照射情况下，正扫（正向扫描）和反扫（反向扫描）的电流密度-电压曲线重合，制备的太阳能电池没有迟滞效应产生，确保了太阳能电池的实际性能。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和顶部金属电极，其特征在于，所述电子传输层为金属电子传输层，所述金属电子传输层为铟金合金，其中，铟的含量为98‑100%wt，金的含量为2‑0%wt，所述金属电子传输层的功函数为4.1‑4.3eV。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层和顶部金属电极，其特征在于，所述电子传输层为金属电子传输层，所述金属电子传输层为铟金合金，其中，铟的含量为98-100%wt，金的含量为2-0%wt，所述金属电子传输层的功函数为4.1-4.3eV。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属电子传输层的厚度为2-200nm。3.一种权利要求1所述钙钛矿太阳能电池的加工工艺，依次包括在透明导电层上设置空穴传输层，再在空穴传输层设置钙钛矿光活性层，其特征在于，然后，在真空度小于1×10-4Pa的环境下于钙钛矿光活性层上表面蒸镀金属电子传输层；最后，在...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：江苏环奥金属材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32