一种全无机无铅钙钛矿太阳能电池制造技术

本实用新型专利技术涉及全无机无铅钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极，所述钙钛矿光吸收层为采用无铅钛基双钙钛矿型化合物制备的层状结构，所述无铅钛基双钙钛矿型化合物的化学式为A2TiX6‑nYn。本实用新型专利技术的钙钛矿光吸收层可替代传统的含铅材料，避免电池失效后铅回收或铅泄露的问题，与无铅钙钛矿材料相匹配的，本实用新型专利技术选择无机金属化合物作为空穴传输层，可有效解决电池器件稳定性问题，提高电池器件寿命。而且本实用新型专利技术对电池的整体结构进行了调整优化，可有效地提高电池的效率。

A completely inorganic lead-free perovskite solar cell

【技术实现步骤摘要】
一种全无机无铅钙钛矿太阳能电池
本技术涉及太阳能电池
，尤其涉及一种全无机无铅钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
钙钛矿太阳能电池的核心部分是钙钛矿光吸收层，它对光生载流子的产生和载流子的传输都至关重要。目前高效率的钙钛矿太阳能电池使用的钙钛矿材料一般是含正二价铅离子三元卤化物半导体，由于铅离子的毒性，该电池一旦寿命结束后，其回收处理过程将是一个很大的环保问题；在电池制备过程中如出现铅离子泄露，也会对人体和环境带来非常大的危害。因此采用无毒环保材料是发展钙钛矿太阳能电池的迫切需要。钙钛矿太阳能电池的另一个急需解决的问题是电池稳定性问题，有机-无机杂化钙钛矿材料对水、氧等非常敏感，容易发生分解；另外为提高电池效率，使用的有机空穴传输层，如Spiro-OMeTAD，耐热性较差，而且对连续长时间持续强烈光照也有一定的劣势。因此，提高钙钛矿材料和空穴传输层材料的稳定性是该电池发展的另一重要课题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种全无机无铅钙钛矿太阳能电池，其结构为，自下而上依次包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极，其特征在于，所述钙钛矿光吸收层为采用无铅钛基双钙钛矿型化合物制备的层状结构，所述无铅钛基双钙钛矿型化合物的化学式为A2TiX6-nYn，其中，A选自Cs+、K+、Rb+以及In+中的任意一种，X、Y分别选自F-、Cl-、Br-以及I-中的任意一种，0≤n≤6。与现有的钙钛矿太阳能电池相比，本技术选择了不含铅的钙钛矿光吸收层，这种材料可保持太阳能电池的良好性能，而且其无毒环保，可减少环境污染，原料来源丰富、价格便宜，成本明显降低，而且本技术优化了太阳能电池的整体结构，可有效地提高太阳能电池的效率。优选的，所述空穴传输层为硫氰酸亚铜、碘化亚铜、钴酸镍、氧化钼或掺杂氧化镍制备的层状结构。在选择了本技术所述的述钙钛矿光吸收层的基础上，选择上述的无机空穴传输层，有利于保持太阳能电池的长期稳定和较高的效率。优选的，所述无机钙钛矿光吸收层的厚度为10～1000纳米，所述空穴传输层的厚度为20-200纳米。在选择了本申请的机钙钛矿光吸收层材料和空穴传输层的材料的基础上，在上述的厚度范围内可保证电池更好地发挥作用。优选的，所述衬底的厚度为0.5～5.0毫米；优选的，所述透明导电层的厚度为10～200纳米；优选的，所述电子传输层的厚度为10～100纳米；优选的，所述电极层的厚度为20～500纳米。优选的，所述衬底为玻璃；在玻璃的一面可以涂有减反射膜涂层，使吸收的光更多，反射的光更少；优选的，所述透明导电层为FTO、AZO、GZO、石墨烯或纳米银线制备的层状结构；如果玻璃的一面涂有减反射膜涂层，那么所述透明导电层就位于玻璃的另一面；与常用的ITO相比，上述材料无毒环保。优选的，所述电子传输层为n型金属氧化物或掺杂或改性后的金属氧化物制备的层状结构。进一步优选的，所述n型金属氧化物为氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铝、氧化钨或氧化铟中的一种或两种；通过掺杂或改性的金属氧化物可以明显提升电子传输层的导电性和电子迁移效率。优选的，所述电极层材料为金、银、铜、镍、铝或碳电极的一种或几种制备的层状结构。优选的，所述A2TiX6-nYn中X为Br时，Y为I，且n为2或4时的材料效果较好。通过上述材料所制备得到的电池的效率更高。进一步优选的，所述A2TiX6-nYn为Cs2TiI6、Cs2TiBr4I2、In2TiBr6、K2TiBr6、Rb2TiBr6、In2TiI6、K2TiI6、Rb2TiI6、K2TiBr2I4、K2TiBr4I2、In2TiBr2I4、In2TiBr4I2、Rb2TiBr2I4或Rb2TiBr4I2。优选的，所述太阳能电池的制备方法包括如下步骤：自下而上依次在衬底上制备透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极；所述钙钛矿光吸收层采用如下方法制备得到：当n为0或6时，1)将AX或AY卤化物进行真空蒸镀，沉积到电子传输层上，表面形成卤化物层；2)步骤1)形成的卤化物层与气化后有相同卤元素的TiX或TiY接触发生反应，形成钙钛矿光吸收层；当n为1～5中的任意值时，采用共蒸发法使AX、AY、TiX和TiY四种卤化物沉积到电子传输层上，得到钙钛矿光吸收层。优选的，当n为0或6时，步骤1)中真空蒸镀的条件为：附着有透明导电层、电子传输层的衬底温度为200～600℃，AX或AY卤化物气化温度为300～800℃，真空度10-1～10-6Pa；步骤2)中气化温度为100～400℃，反应时间为12～36h，进行反应时衬底温度为200～500℃。优选的，当n为1～5中的任意值时，所述共蒸发法的条件为：四种卤化物蒸发温度为100～800℃，附着有透明导电层、电子传输层的衬底温度为200～700℃，发生反应时间为10～24小时。上述两种制备方法制备得到的钙钛矿层表面更加平整均匀。上述操作一般在真空蒸镀机或共蒸镀设备中进行。作为优选的方案，本技术的太阳能电池的结构如下：自下而上依次包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层Cs2TiBr6或Cs2TiBr2I4、空穴传输层CuSCN或MoOx和电极层；或自下而上依次包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层Rb2TiI6或Rb2TiBr2I4、空穴传输层CuSCN或掺杂NiOx和电极层；上述两种电池，所述衬底的厚度为3.0～5.0毫米，所述透明导电层的厚度为50～120纳米，所述电子传输层的厚度为60～100纳米、所述钙钛矿光吸收层的厚度为550～850纳米、空穴传输层的厚度为100～180纳米，Ag电极层的厚度为80～120纳米。作为更优选的方案，本技术的电池结构如下：从下至上依次包括衬底、透明导电层FTO或纳米银导电膜，电子传输层TiO2或ZnO、钙钛矿光吸收层Cs2TiBr6或Cs2TiBr2I4、空穴传输层CuSCN或MoOx和电极层；所述衬底的厚度为3.0～5.0毫米，所述透明导电层的厚度为50～100纳米，所述电子传输层的厚度为80～100纳米、所述钙钛矿光吸收层的厚度为600～850纳米、空穴传输层的厚度为150～180纳米，Ag电极层的厚度为80～120纳米。作为更优选的方案，本技术的电池结构如下：从下至上依次包括衬底、透明导电层FTO或AZO、电子传输层SnO2或TiO2、钙钛矿光吸收层Rb2TiI6或Rb2TiBr2I4、空穴传输层掺杂NiOx或CuSCN和电极层。其中，衬底的厚度为3.0～5.0毫米、透明导电层的厚度为80～120纳米、电子传输层的厚度为60～100纳米、钙钛矿光吸收层的厚度为550～650纳米、空穴传输层的厚度为100～150纳米、电极层的厚度为80～120纳米。本技术具有如下有益效果：1)本专利技术提出一种太阳能电池，这种太阳能电池的钙钛矿光吸收层为无机铅钙钛矿层的材料，可替代传统的含铅材料，进而避免电池失效后铅回收或铅泄露的问题；2)本专利技术的钙钛矿光吸收层采用的是无机材料，同时空穴传输层采用的是无机金属化合物，可有效解决电池器件稳定性问题，提高电池器件寿命；3)本专利技术的材料原料丰富、价格便宜，成本明显降低。附图说明图1为实施例3所述的钙钛矿太本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全无机无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，自下而上依次包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极，所述钙钛矿光吸收层为采用无铅钛基双钙钛矿型化合物制备的层状结构，所述无铅钛基双钙钛矿型化合物的化学式为A2TiX6‑nYn，其中，A选自Cs

【技术特征摘要】
1.一种全无机无铅钙钛矿太阳能电池，其特征在于，自下而上依次包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和电极，所述钙钛矿光吸收层为采用无铅钛基双钙钛矿型化合物制备的层状结构，所述无铅钛基双钙钛矿型化合物的化学式为A2TiX6-nYn，其中，A选自Cs+、K+、Rb+以及In+中的任意一种，X、Y分别选自F-、Cl-、Br-以及I-中的任意一种，0≤n≤6；所述衬底为玻璃，在玻璃的一面涂有减反射膜涂层，另一面为透明导电层。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层为硫氰酸亚铜、碘化亚铜、钴酸镍、氧化钼或掺杂氧化镍制备的层状结构。3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿光吸收层的厚度为10～1000纳米，所述空穴传输层的厚度为20-200纳米。4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，所述衬底的厚度为0.5～5.0毫米；和/或，所述透明导电层的厚度为10～200纳米；和/或，所述电子传输层的厚度为10～100纳米；和/或，所述电极的厚度为20～500纳米。5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明导电层为FTO、AZO、GZO、石墨烯或纳米银线制备的层状结构；和/或，所述电子传输层为n型金属氧化物或掺杂或改性后的金属氧化物制备的层状结构；和/或，所述电极为金、银、铜、镍、铝或碳电极的一种或几种制备的层状结构。6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其特征在于，所述n型金属氧化物为氧化钛、氧化锌、氧化锡、氧化铝、氧化钨或氧化铟中的一种或几种。7.根据权利要求6所述的太...

【专利技术属性】
技术研发人员：许吉林，
申请(专利权)人：东泰高科装备科技北京有限公司，
类型：新型
国别省市：北京,11