一种叠层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的一种叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池器件技术领域。包括依次连接后形成整体太阳能器件的高透玻璃层、透明电极层、空穴传输层、第一钙钛矿活性层、第一电子传输层、多功能氧化锡层、第二钙钛矿活性层、第二电子传输层和金属对电极层；多功能氧化锡层的厚度为10～50nm，多功能氧化锡层中氧化锡纳米粒子的直径为5～20nm。以窄带隙钙钛矿太阳能电池作为底电池，宽带隙钙钛矿太阳能电池作为顶电池形成复合叠层电池结构，相对于传统的钙钛矿太阳能电池结构，原结构中的复合层、透明电极和电荷传输层被替代为一层氧化锡纳米材料薄膜。在获得高性能太阳电池的前提下，简化了结构和制造工艺，大大降低了成本和能耗。

【技术实现步骤摘要】
一种叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法
本专利技术属于太阳能电池器件
，涉及一种叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
钙钛矿型太阳能电池(perovskitesolarcells)，是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池，也称作新概念太阳能电池。在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对。由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子。而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长。然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到等电子传输层，最后被ITO收集；空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，最后被金属电极收集，当然，这些过程中总不免伴随着一些使载流子的损失，如电子传输层的电子与钙钛矿层空穴的可逆复合、电子传输层的电子与空穴传输层的空穴的复合(钙钛矿层不致密的情况)、钙钛矿层的电子与空穴传输层的空穴的复合。要提高电池的整体性能，这些载流子的损失应该降到最低。最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。钙钛矿太阳能电池发展现状良好，但仍有若干关键因素可能制约钙钛矿太阳电池的发展，工艺复杂度和能耗高使制造成本居高不下。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种叠层钙钛矿太阳能电池及其制备方法，在获得高性能太阳电池的前提下，简化了结构和制造工艺，大大降低了成本和能耗。本专利技术是通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种叠层钙钛矿太阳能电池，包括依次连接后形成整体太阳能电池的高透玻璃层、透明电极层、空穴传输层、第一钙钛矿活性层、第一电子传输层、多功能氧化锡层、第二钙钛矿活性层、第二电子传输层和金属对电极层；多功能氧化锡层的厚度为10～50nm，多功能氧化锡层中氧化锡纳米粒子的直径为5～20nm。优选地，透明电极层为FTO、ITO或AZO。优选地，空穴传输层的材料为Spiro-OMeTAD、PTAA、氧化镍、碘化亚铜、PEDOT：PSS、聚对苯撑乙烯类、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、腙类、吡唑啉类、嚼唑类、咔唑类或丁二烯类，空穴传输层的厚度为100nm。优选地，第一钙钛矿活性层的材料为FAPbBr3，第一钙钛矿活性层的厚度为300～600nm。优选地，第一电子传输层和第二电子传输层的材料为PC71BM，第一电子传输层的厚度为200～400nm。优选地，第二钙钛矿活性层的材料为MAPbI3，第二钙钛矿活性层的厚度为500～750nm。优选地，金属对电极层的材质为金、银、铝或铂，金属对电极层的厚度为80～150nm。本专利技术公开的上述叠层钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：步骤1：在附有透明电极层的高透玻璃层上采用刮刀涂布法制备空穴传输层；步骤2：在空穴传输层上制备第一钙钛矿活性层；步骤3：在第一钙钛矿活性层上采用刮刀涂布法制备第一电子传输层；步骤4：在第一电子传输层上采用原子沉积、气相沉积、磁控溅射或旋涂制备多功能氧化锡层；步骤5：在多功能氧化锡层上制备第二钙钛矿活性层；步骤6：在第二钙钛矿活性层上采用刮刀涂布法制备第二电子传输层；步骤7：在第二电子传输层上采用热蒸发、磁控溅射、原子沉积、激光沉积或卷对卷方法制备金属对电极层。优选地，步骤4采用旋涂法，具体为：将具有直径为5～20nm氧化锡纳米粒子的悬浮液作为旋涂液，在基底上以3500～5000rpm的转速旋涂30～60s。优选地，步骤2和步骤5采用旋涂、气相沉积、磁控溅射或卷对卷方法。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术公开的叠层钙钛矿太阳能电池，以窄带隙钙钛矿太阳能电池作为底电池，宽带隙钙钛矿太阳能电池作为顶电池形成复合叠层电池结构，相对于传统的钙钛矿太阳能电池结构，原结构中的复合层、透明电极和电荷传输层被替代为一层氧化锡(SnO2)纳米材料薄膜。氧化锡具有低的导带能级和高的载流子迁移率，能够有效地将钙钛矿材料中的电荷抽离并导至外电路。另一方面，在合适条件下制备的氧化锡薄膜也可以作为太阳能电池的透明电极使用，其方块电阻小于15Ω，同时透光率可达85％以上。在此基础上构建得到的叠层太阳能电池，能够简化太阳能电池的结构。本专利技术公开的上述叠层钙钛矿太阳能电池的制备方法，多功能氧化锡层可以在低温条件下(<200℃)进行制备，成本、能耗和工艺被大大降低和简化。其它功能层也可以采用成熟工艺如涂布法制备，适合推广成为大面积柔性化产品的制造工艺，其制造成本、能耗和工艺均被大大降低和简化。附图说明图1为本专利技术的整体结构正视示意图。图中，102-高透玻璃层，104-透明电极层，106-空穴传输层，108-第一钙钛矿活性层，110-第一电子传输层，112-多功能氧化锡层，114-第二钙钛矿活性层，116-第二电子传输层，118-金属对电极层。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：如图1，为本专利技术的叠层钙钛矿太阳能电池，包括依次连接后形成整体太阳能电池器件的高透玻璃层102、透明电极层104、空穴传输层106、第一钙钛矿活性层108、第一电子传输层110、多功能氧化锡层112、第二钙钛矿活性层114、第二电子传输层116和金属对电极层118。高透玻璃层102和透明电极层104：此产品有规模化量产品可使用，采用沉积在高透玻璃上的FTO(或ITO、AZO等)透明电极为器件的基底，面积不限，且FTO等透明电极的形状、面积、厚度等都可通过工艺手段控制；使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理15分钟，然后使用紫外光清洗机清洁10分钟，氮气流吹干备用。在透明电极层104上制备的空穴传输层106，其特点为与钙钛矿活性材料能级相匹配的有机、无机材料，如Spiro-OMeTAD、PTAA、氧化镍、碘化亚铜、PEDOT：PSS、聚对苯撑乙烯类、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、腙类、吡唑啉类、嚼唑类、咔唑类、丁二烯类等。特别的，使用刮刀涂布方法制备该层：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液，使用异丙醇按照1：3配比稀释，刮刀涂布速度为10-35mm/s，优选为20mm/s；涂布温度为40-80℃，优选为60℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80-100℃退火10-20分钟，优选90℃，15分钟。得到的空穴传输106层厚度约为100nm。在空穴传输层106上制备的第一钙钛矿活性层108，结构为ABXnY3-n(A＝Cs或RNH3或其任意比例的混合，R为适合的烃基；B＝Pb或Sn或其任意比例的混合；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数)，优选使用FAPbBr3，通常采用旋涂法、气相沉积、磁控溅射等方法形成，也可以采用适用于柔性及大规模制备的卷对卷工艺进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次连接后形成整体太阳能电池的高透玻璃层(102)、透明电极层(104)、空穴传输层(106)、第一钙钛矿活性层(108)、第一电子传输层(110)、多功能氧化锡层(112)、第二钙钛矿活性层(114)、第二电子传输层(116)和金属对电极层(118)；多功能氧化锡层(112)的厚度为10～50nm，多功能氧化锡层(112)中氧化锡纳米粒子的直径为5～20nm。/n

【技术特征摘要】
1.一种叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次连接后形成整体太阳能电池的高透玻璃层(102)、透明电极层(104)、空穴传输层(106)、第一钙钛矿活性层(108)、第一电子传输层(110)、多功能氧化锡层(112)、第二钙钛矿活性层(114)、第二电子传输层(116)和金属对电极层(118)；多功能氧化锡层(112)的厚度为10～50nm，多功能氧化锡层(112)中氧化锡纳米粒子的直径为5～20nm。


2.根据权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，透明电极层(104)为FTO、ITO或AZO。


3.根据权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，空穴传输层(106)的材料为Spiro-OMeTAD、PTAA、氧化镍、碘化亚铜、PEDOT：PSS、聚对苯撑乙烯类、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、腙类、吡唑啉类、嚼唑类、咔唑类或丁二烯类，空穴传输层(106)的厚度为100nm。


4.根据权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，第一钙钛矿活性层(108)的材料为FAPbBr3，第一钙钛矿活性层(108)的厚度为300～600nm。


5.根据权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，第一电子传输层(110)和第二电子传输层(116)的材料为PC71BM，第一电子传输层(110)的厚度为200～400nm。


6.根据权利要求1所述的叠层钙钛矿太阳能电池，其特征在于，第二钙钛矿活性层(114)的材料为MAPbI3，第二钙钛...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦校军，赵志国，赵东明，肖平，董超，熊继光，刘娜，刘家梁，王百月，冯笑丹，梁思超，王森，张杰，
申请(专利权)人：华能新能源股份有限公司，中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11