钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及光伏太阳能电池领域，公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿活性层；所述钙钛矿活性层上形成有微纳凹穴结构(4

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及光伏太阳能电池领域，具体涉及一种通过微纳凹穴结构来增强光吸收的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着全球能源消耗量快速增加，环境污染的日益严重，越来越多的研究聚焦于新型能源的开发和利用。太阳能作为一种清洁能源，取之不尽，用之不竭，一直以来都备受关注。目前，多种材料类型太阳能光伏产业已经实现商业化，如单晶硅、多晶硅、碲化镉、砷化镓太阳能电池。这类太阳能电池具有较好的光电转化效率，电池寿命较长，稳定性较高。但这类电池的制备一般都需要复杂的制备工艺，环境污染严重，成本较高。
[0003]自2009年以来，钙钛矿成功应用于太阳能电池的制备(Kojima A,Teshima K,Shirai Y and Miyasaka T.Journal of American Chemical Society.2009,131)。钙钛矿太阳能电池一直以来都是研究的热点。钙钛矿材料是直接带隙半导体，具有载流子迁移率高，光吸收系数大，较长的载流子扩散长度，并且具有可调控的带隙。简单的制备工艺使得钙钛矿的制备成本偏低。何祝兵课题组采用碱金属盐抑制空穴传输层界面复合，得到取向较好，缺陷密度较低的钙钛矿薄膜，所制备的钙钛矿太阳能电池的效率为21％。(Wei Chen,Yecheng Zhou,Zhubing He et,al.Adv.Energy Mater.2018,03872)。黄维课题组用绿色反溶剂制备出表面平整，无空穴的的高质量钙钛矿薄膜得到效率为23.7％高效率电池的钙钛矿太阳能电池(Yikai Yun,Fangfang Wang,Wei Huang,et,al.Adv.Mater.2019,07123)。
[0004]在目前所报道的文献中，所研究的钙钛矿太阳能电池大多数是平面无结构的多晶薄膜，这种钙钛矿薄膜对光的吸收效率有限，造成部分光能量的损失。平面钙钛矿的缺陷较有结构的钙钛矿有着较多的缺陷，这些因素进一步限制了钙钛矿太阳能电池效率的提升。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池具有微纳凹穴结构，能够使得入射光在活性层中发生光局域现象，提高对太阳光的利用效率。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术一方面提供一种钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿活性层；其中，所述钙钛矿活性层上形成有微纳凹穴结构，并且所述微纳凹穴结构的侧壁的至少一部分为锯齿形侧壁。
[0007]优选地，所述锯齿形侧壁的折角为20
°-
160
°
，优选为50
°-
70
°
。
[0008]优选地，所述锯齿形侧壁的折角均匀分布设置。
[0009]优选地，所述微纳凹穴结构的大小为10nm-100μm，深度为20-300nm。
[0010]优选地，相对于所述钙钛矿活性层表面的面积，所述微纳凹穴结构的面积占40-60％；
[0011]优选地，所述微纳凹穴结构形成为微纳凹穴阵列结构。
[0012]优选地，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的基底层、透明导电层、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层和空穴阻挡层，以及电极。
[0013]优选地，所述钙钛矿活性层远离基底层的表面上形成有微纳凹穴结构。
[0014]优选地，所述基底层为硬性基底或者柔性基底；更优选地，所述基底层为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、PEN膜、PET膜、铝箔、铜箔中的一种或多种。
[0015]优选地，所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS、Spiro-OMeTAD、PTAA、NiO
x
中的一种或多种，优选为NiO
x
。
[0016]优选地，所述钙钛矿活性层的材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CsPbI3、FAPbI3、FAPbI3、CsSnI3、CsPbBr3、CsPbCl3、CH3NH3PbBr2I、CH3NH3PbBrI2中的一种或多种。
[0017]优选地，所述电子传输层的材料为TiO2、SnO2、PC61BM、PC71BM、C60中的一种或多种。
[0018]本专利技术第二方面提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，该方法包括：在利用钙钛矿前驱体形成钙钛矿活性层的过程中，在钙钛矿活性层表面上形成微纳凹穴结构，其中，所述微纳凹穴结构的侧壁的至少一部分为锯齿形侧壁。
[0019]优选地，所述锯齿形侧壁的折角为20
°-
160
°
，优选为50
°-
70
°
。
[0020]优选地，所述微纳凹穴结构的大小为10nm-100μm，深度为20-300nm。
[0021]优选地，相对于所述钙钛矿活性层表面的面积，所述微纳凹穴结构的面积占50-70％。
[0022]优选地，该方法包括：
[0023](1)利用空穴传输材料在基底层和透明导电层上制备空穴传输层；
[0024](2)利用钙钛矿前驱体在所述空穴传输层上形成钙钛矿活性层，并在所述钙钛矿活性层表面上形成微纳凹穴结构；
[0025](3)利用电子传输材料在所述钙钛矿活性层上形成电子传输层。
[0026]优选地，采用纳米压印、激光刻蚀、等离子体处理、离子束刻蚀、磁控溅射中的一种或多种方法在在钙钛矿活性层表面形成微纳凹穴结构。
[0027]优选地，所述基底层为硬性基底或者柔性基底；更优选地，所述基底层为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、PEN膜、PET膜、铝箔、铜箔中的一种或多种。
[0028]优选地，所述空穴传输层的材料为PEDOT:PSS、Spiro-OMeTAD、PTAA、NiO
x
中的一种或多种，优选为NiO
x
。
[0029]优选地，所述钙钛矿活性层的材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CsPbI3、FAPbI3、FAPbI3、CsSnI3、CsPbBr3、CsPbCl3、CH3NH3PbBr2I、CH3NH3PbBrI2中的一种或多种。
[0030]优选地，所述电子传输层的材料为TiO2、SnO2、PC61BM、PC71BM、C60中的一种或多种。
[0031]通过上述技术方案，通过在钙钛矿活性层构筑锯齿形(zig-zag)及其相关变形结构，使得入射光在活性层中发生光局域现象，改变光线的沿直线穿过吸光层的路径，增加光的传播路程提高对太阳光的利用效率。本专利技术的有益效果为：
[0032](1)本专利技术提升了钙钛矿层的晶体质量，减少了缺陷密度，增加了光在钙钛矿层的
传播路程，制备出了高效率，稳定性好，回滞几乎为零的钙钛矿太阳能电池。
[0033](2)本专利技术使用微纳凹穴结构，对于器件的光局本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，该钙钛矿太阳能电池包括钙钛矿活性层(4)；其中，所述钙钛矿活性层(4)上形成有微纳凹穴结构(4-1)，并且所述微纳凹穴结构(4-1)的侧壁的至少一部分为锯齿形侧壁。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述锯齿形侧壁的折角为20
°-
160
°
，优选为50
°-
70
°
；优选地，所述锯齿形侧壁的折角均匀分布设置。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述微纳凹穴结构(4-1)的大小为10nm-100μm，深度为20-300nm；优选地，相对于所述钙钛矿活性层(4)表面的面积，所述微纳凹穴结构(4-1)的面积占40-60％；优选地，所述微纳凹穴结构(4-1)形成为微纳凹穴阵列结构。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的基底层(1)、透明导电层(2)、空穴传输层(3)、钙钛矿活性层(4)、电子传输层(5)和空穴阻挡层(6)，以及电极；优选地，所述钙钛矿活性层(4)远离基底层(1)的表面上形成有微纳凹穴结构(4-1)。5.根据权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池，其中，所述基底层(1)为硬性基底或者柔性基底；更优选地，所述基底层(1)为ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、PEN膜、PET膜、铝箔、铜箔中的一种或多种；优选地，所述空穴传输层(3)的材料为PEDOT:PSS、Spiro-OMeTAD、PTAA、NiO
x
中的一种或多种，优选为NiO
x
；优选地，所述钙钛矿活性层(4)的材料为CH3NH3PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CsPbI3、FAPbI3、FAPbI3、CsSnI3、CsPbBr3、CsPbCl3、CH3NH3PbBr2I、CH3NH3PbBrI2中的一种或多种；优选地，所述电子传输层的材料为TiO2、SnO2、PC61BM、PC71BM、C60中的一种或多种。6.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，该方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰阳杰，汪洋，宋谦，李明珠，宋延林，
申请(专利权)人：中国科学院化学研究所，
类型：发明
国别省市：