一种无辅助层的半透明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无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其中，无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池包括：从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和透明电极层，所述的透明电极层的材料为ITO、AZO或IZO，通过磁控溅射或电子束蒸发的方法沉积在空穴传输层上。本发明专利技术采用了兼容磁控溅射工艺的无机材料作为空穴传输层，制备了不需要辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，解决了辅助层制备困难、重复性低、稳定性差的难题，工艺简便，价格低廉。同时，本发明专利技术采用的无机材料也能够提高器件稳定性，大大降低空穴传输层的成本，有利于钙钛矿叠层太阳能电池的商业化应用。

A translucent perovskite solar cell without auxiliary layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于钙钛矿光电领域，尤其是涉及一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，有机无机杂化钙钛矿太阳电池由于其吸光系数高、亚带隙吸收小、吸收边陡峭和禁带宽度可调的优点，在叠层太阳能电池领域受到了很多关注，其高效率和低成本的特点也有利于工业化的应用，目前已经有包括硅/钙钛矿、CIGS/钙钛矿、钙钛矿/钙钛矿叠层太阳能电池在内的诸多报道。而作为叠层太阳能电池的一个重要组成部分，半透明钙钛矿太阳能电池的制备仍然存在许多难题。由于需要保证透光性，半透明钙钛矿太阳能电池的顶电极通常使用掺杂的透明氧化物导电薄膜，如ITO、IZO、AZO等，或是超薄的贵金属薄膜，亦或是贵金属纳米晶。目前，超薄的贵金属薄膜通常采用热蒸发制备，存在光透过率过低，厚度难以大范围精确控制，成本高等问题。贵金属纳米晶虽然光透过率较高，但制备困难复杂，不适合大规模生产，同时其工艺与钙钛矿太阳能电池的兼容也存在问题。相对来说，透明氧化物导电薄膜能够兼顾透光性和导电性，与钙钛矿太阳能电池的制备工艺兼容性也很好，是目前最常用的选择。透明电极的常用制备手段为磁控溅射和电子束蒸发，对于钙钛矿太阳能电池中常用的有机空穴传输层来说，往往无法承受这些制备手段中产生的离子冲击而在表面产生大量缺陷，严重影响其与透明电极的接触。解决方法是电池制备过程中于空穴传输层上热蒸发一层辅助层，以起到保护作用。然而常用的辅助层材料，如MoOX、WOX等，存在重复性差，稳定性差，难以大面积控制的缺点，因此如何在没有辅助层的情况下制备出半透明钙钛矿太阳电池是一个值得研究的课题。
技术实现思路
本专利技术公开了一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法，解决了辅助层制备困难、重复性低、稳定性差的难题。本专利技术的技术方案如下：一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，包括从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和透明电极层，所述的透明电极层的材料为ITO、AZO或IZO，通过磁控溅射或电子束蒸发的方法沉积在空穴传输层上。所述透明导电基板为覆盖ITO、AZO、IZO或FTO薄膜的玻璃或塑料。进一步的，所述透明导电基板为ITO材料，沉积在玻璃基底上，其方块电阻为8～15Ω，透光率为85～90％，玻璃厚度为1.1～2.2mm。所述的电子传输层的材料为TiO2、SnO2或ZnO。进一步的，所述电子传输层为SnO2薄膜，厚度为30～40nm。所述电子传输层的制备过程为：将浓度为15～40mg/mL的SnO2、TiO2、PCBM或者ZnO前驱体溶液旋涂在ITO、AZO、IZO或FTO导电玻璃上，转速为3000～5000rpm，时间为30～60s；之后使用加热台加热玻璃到180～270℃并保温0.5～2h，然后用紫外臭氧处理5～15min。所述钙钛矿活性层由ABX3型钙钛矿材料形成，其中，A选自Cs+、CH3NH3+、CH(NH2)2+或其混合物，B选自Pb2+、Sn2+或其混合物，X选自Br-、I-、Cl-或其混合物。进一步的，所述的钙钛矿活性层CH3NH3PbI3，其厚度为400～600nm。所述钙钛矿活性层的制备过程为：将A、B和X按1:(1～1.2):(1～1.2)的摩尔比溶解在DMF溶液中，浓度为1.25～1.6mol/ml；溶解后，将钙钛矿前驱体溶液滴在电子传输层上，在3000～5000rpm下旋涂，在第20～22s时滴加600～1000μL的乙醚；将旋涂好的钙钛矿薄膜放在100～120℃的加热台上热处理5～30min。所述的空穴传输层为NiO、Cu2O、CuSCN或CuI。进一步的，所述的空穴传输层为将CuSCN的乙硫醚溶液旋涂在钙钛矿活性层上，100～120nm。所述空穴传输层的制备过程为：将20～60mg的NiO、Cu2O、CuO、CuSCN或CuI溶解于1mL的乙硫醚溶剂中，在玻璃以3000～6000rpm旋转的同时滴加到玻璃上，继续旋转30～60s。所述透明电极层通过磁控溅射的方法沉积在空穴传输层上，沉积过程为：在0.1～1Pa的真空条件下，以20～60W的功率磁控溅射100～150nm的透明电极层材料在空穴传输层上。进一步的，所述的透明电极为ITO，通过磁控溅射的方法沉积在空穴传输层上，其厚度为100～150nm，其方块电阻为30～40Ω。本专利技术还公开了一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池制备方法，包括以下步骤：(1)透明导电基板的清洗：ITO、AZO、IZO或FTO导电玻璃依次在去离子水、洗洁精、丙酮、乙醇溶液中超声清洗5～10min，用氮气将导电玻璃吹干，使用紫外臭氧清洗机处理10～20min；(2)电子传输层的制备：将浓度为15～40mg/mL，溶于乙醇的SnO2、TiO2或者ZnO前驱体溶液旋涂在ITO、AZO、IZO或FTO导电玻璃上，转速为3000～5000rpm，时间为30～60s；之后使用加热台加热玻璃到180～270℃并保温0.5～2h，然后用紫外臭氧处理5～15min；(3)钙钛矿活性层的制备：将A、B和X按1:1～1.2:1～1.2的的摩尔比溶解在DMF溶液中，浓度为1.25～1.6mol/ml；其中，A选自Cs+、CH3NH3+、CH(NH2)2+或其混合物，B选自Pb2+、Sn2+或其混合物，X选自Br-、I-、Cl-或其混合物；溶解后，将得到的钙钛矿前驱体溶液滴在电子传输层上，在3000～5000rpm下旋涂，在第20～22s时滴加600～1000μL的乙醚；将旋涂好的钙钛矿薄膜放在100～120℃的加热台上热处理5～30min；(4)空穴传输层的制备：将20～60mg的NiO、Cu2O、CuO、CuSCN或CuI溶解于1mL的乙硫醚溶剂中，在玻璃以3000～6000rpm旋转的同时滴加到玻璃上的钙钛矿薄膜上，继续旋转30～60s；(5)透明电极的制备：在0.1～1Pa的真空条件下，以20～60W的功率磁控溅射100～150nm的ITO、AZO或IZO在上述空穴传输层上。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：和普通的半透明钙钛矿太阳能电池相比，本专利技术通过使用稳定性好、耐受透明电极成膜过程的无机空穴传输层代替常用的有机空穴传输层，制备得到了无需辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，与无辅助层、使用有机空穴传输层的电池相比光电转换效率有了明显的提升。本专利技术能够大大降低半透明钙钛矿太阳能电池的成本，简化工艺，提高器件稳定性，有利于实现双面吸光钙钛矿太阳能电池和钙钛矿叠层太阳能电池的大规模应用。附图说明图1为本专利技术实施例1中半透明钙钛矿太阳能电池的器件结构和工作原理图；图2为本专利技术实施例1中半透明钙钛矿太阳能电池在AM1.5光照下的I-V曲线图；图3为本专利技术实施例2中半透明钙钛矿太阳能电池在AM1.5光照下的I-V曲线图；图4为本专利技术实施例3中半透明钙钛矿太阳能电池在AM1.5光照下的I-V曲线图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。实施例1如图1所示，一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，包括从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和透明电极层，所述的透明电极层的材料为ITO、AZO或IZO，通过磁控溅射或电子束蒸发的方法沉积在空穴传输层上。

【技术特征摘要】
1.一种无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下往上依次布置的透明导电基板、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和透明电极层，所述的透明电极层的材料为ITO、AZO或IZO，通过磁控溅射或电子束蒸发的方法沉积在空穴传输层上。2.根据权利要求1所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电基板为覆盖ITO、AZO、IZO或FTO薄膜的玻璃或塑料。3.根据权利要求1所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的电子传输层的材料为TiO2、SnO2、PCBM或ZnO。4.根据权利要求3所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的制备过程为：将浓度为15～40mg/mL的SnO2、TiO2、PCBM或者ZnO前驱体溶液旋涂在ITO、AZO、IZO或FTO导电玻璃上，转速为3000～5000rpm，时间为30～60s；之后使用加热台加热玻璃到180～270℃并保温0.5～2h，然后用紫外臭氧处理5～15min。5.根据权利要求1所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿活性层由ABX3型钙钛矿材料形成，其中，A选自Cs+、CH3NH3+、CH(NH2)2+或其混合物，B选自Pb2+、Sn2+或其混合物，X选自Br-、I-、Cl-或其混合物。6.根据权利要求5所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿活性层的制备过程为：将A、B和X按1:1～1.2:1～1.2的摩尔比溶解在DMF溶液中，浓度为1.25～1.6mol/ml；溶解后，将钙钛矿前驱体溶液滴在电子传输层上，在3000～5000rpm下旋涂，在第20～22s时滴加600～1000μL的乙醚；将旋涂好的钙钛矿薄膜放在100～120℃的加热台上热处理5～30min。7.根据权利要求1所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的空穴传输层为NiO、Cu2O、CuO、CuSCN或CuI。8.根据权利要求7所述的无辅助层的半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的制备过程为：将20～60m...

【专利技术属性】
技术研发人员：余学功，李格，杨德仁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33