一种高稳定性的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一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术公开了一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池依次包括导电基层、空穴传输层、钙钛矿活性层、全面积电子传输层、非金属顶电极层；所述全面积电子传输层的面积等于钙钛矿活性层的面积；所述全面积电子传输层的面积大于非金属顶电极层的面积；非金属顶电极层边界与电子传输层边界的距离为0.1

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于太阳能电池
，涉及一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿材料由于优秀的光电学属性，在发光二极管、光探测、光伏等领域都具有良好的应用前景。高效率的钙钛矿太阳能电池大都基于有机无机杂化钙钛矿材料，采用基于致密
‑
酥松结构TiO2电子传输层的正置(n
‑
i
‑
p)结构，或者采用基于有机、无机界面层的倒置(p
‑
i
‑
n)平面结构。目前，小面积钙钛矿太阳能电池光电转换效率超过25％。然而，现有钙钛矿太阳能电池在水、热、光等环境因素作用下，具有明显的不稳定性。此外，在电压、电流等内在因素作用下，由于钙钛矿离子迁移并与金属电极发生化学反应，可导致钙钛矿材料降解、电极腐蚀和效率衰减。并且内在因素所致的衰减，封装策略无法有效避免。如何解决钙钛矿太阳能电池的稳定性问题，尤其解决钙钛矿与金属电极之间反应所致的衰减问题，已成为这一技术应用亟需解决的关键挑战。
[0003]现有的钙钛矿太阳能电池多采用金属电极，如Al、Cu、Ag、Au等。钙钛矿离子在电场作用下发生迁移，与顶电极金属接触后可发生化学反应。该反应一方面由于消耗离子而加速钙钛矿的降解，破坏活性层。另一方面会导致电极的腐蚀降解，降低顶电极对载流子的收集/提取效率。从而加速钙钛矿太阳能电池效率的衰减和器件的失效。现有的研究表明，界面层可一定程度阻隔迁移离子与顶电极接触发生反应，从而缓解电极腐蚀和电池衰减。如中国专利申请文本(公开号：CN110993801A)公开的钙钛矿太阳能电池(ITO/P3CT
‑
K/MAPbI3(葡萄糖)/PC
61
BM/ZnO/Al)；中国专利申请文本(公开号：CN204167368U)公开的钙钛矿太阳能电池(ITO/ZnO/CH3NH3PbI2/spiro
‑
MeOTAD/Au or Ag)；中国专利申请文本(公开号：CN1126878803A)公开的钙钛矿太阳能电池为(ITO/二羟丙茶碱
‑
P3CT
‑
Na/MAPbI1‑
x
Cl
x
/C
60
/BCP/Ag)，均采用了常规的金属顶电极，钙钛矿迁移离子与金属顶电极之间仍会发生化学反应导致电极腐蚀和器件效率衰减等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种包括导电基层、空穴传输层、钙钛矿活性层、全面积电子传输层、非金属顶电极层的高稳定性的钙钛矿太阳能电池。
[0005]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：
[0006]一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池依次包括导电基层、空穴传输层、钙钛矿活性层、全面积电子传输层、非金属顶电极层；
[0007]所述全面积电子传输层的面积等于钙钛矿活性层的面积；所述全面积电子传输层的面积大于非金属顶电极层的面积；非金属顶电极层边界与电子传输层边界的距离为0.1
‑
3.0mm。
[0008]本专利技术的电子传输层采用全面积沉积，而非金属顶电极层采用图案化沉积，以确保电子传输层的面积大于非金属顶电极的面积，确保钙钛矿活性层3与非金属顶电极层完全隔开，避免钙钛矿迁移离子与金属顶电极之间接触反应，影响电池寿命与性能。甚至在全面积电子传输层表面可以设置多个非金属顶电极层，可以利用有效面积制备多个完整的钙钛矿器件，通过导线连接，可制备为电池模组。
[0009]作为优选，全面积电子传输层、非金属顶电极层的厚度比为1:(2
‑
7)。
[0010]作为优选，全面积电子传输层上存在多个非金属顶电极，各非金属顶电极之间的间隔为1
‑
5mm。
[0011]作为优选，导电基层为ITO。
[0012]进一步优选，导电基层的厚度为100
‑
160nm。
[0013]作为优选，空穴传输层为P3CT
‑
CH3NH2空穴传输层。
[0014]进一步优选，P3CT
‑
CH3NH2空穴传输层的厚度为20
‑
50nm。
[0015]作为优选，所述钙钛矿活性层包括有机无机杂化钙钛矿、全无机钙钛矿活性层中的一种或多种。
[0016]作为优选，所述全面积电子传输层包括PCBM、C
60
、BCP、ZnO、Al掺杂ZnO、SnO2中的一种或多种。
[0017]进一步优选，所述全面积电子传输层的厚度为10
‑
70nm。
[0018]进一步优选，PCBM、ZnO、Al掺杂ZnO、SnO2等可采用溶液旋涂或真空热蒸镀沉积；C
60
、BCP采用真空热蒸镀沉积。
[0019]作为优选，所述钙钛矿活性层的厚度为300
‑
600nm。
[0020]作为优选，所述全面积电子传输层为PCBM、C
60
、BCP的复配时，钙钛矿活性层的原料优选为有机无机杂化钙钛矿FAMAPbI3和/或MAPbI3。
[0021]C
60
、BCP为缓冲层，以减缓磁控溅射对钙钛矿层的破坏。
[0022]进一步优选，所述全面积电子传输层的厚度为20
‑
60nm，其中PCBM的浓度为5
‑
15mg/ml；PCBM的厚度为10
‑
20nm；C
60
的厚度为15
‑
25nm；BCP的厚度为5
‑
10nm。
[0023]进一步优选，有机无机杂化钙钛矿FAMAPbI3包括FAMA前驱体溶液和PbI2溶液；其中FAMA的原料包括质量比为(10
‑
20)：1：(1
‑
3)的甲脒氢碘酸盐(FAI)、甲基碘化胺(MAI)、甲基氯化胺(MACl)；PbI2溶液的溶剂为体积比为(8
‑
10)：1的DMF、DMSO。
[0024]进一步优选，有机无机杂化钙钛矿MAPbI3包括MA前驱体溶液和PbI2溶液；其中MA的原料包括质量比为(1
‑
5)：1的碘化铅(PbI2)、甲基碘化胺(MAI)；30ml氯苯作为反溶剂滴加。
[0025]作为优选，所述全面积电子传输层为PCBM和SnO2的复配时，钙钛矿活性层的原料优选为有机无机杂化或全无机钙钛矿。
[0026]作为优选，所述全面积电子传输层为PCBM和ZnO的复配时，钙钛矿活性层的原料优选为全无机钙钛矿。
[0027]作为优选，所述全面积电子传输层为PCBM和Al掺杂ZnO的复配时，钙钛矿活性层的原料优选为全无机钙钛矿。
[0028]作为优选，所述空穴传输层为P3CT
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述高稳定性的钙钛矿太阳能电池依次包括导电基层、空穴传输层、钙钛矿活性层、全面积电子传输层、非金属顶电极层；所述全面积电子传输层的面积等于钙钛矿活性层的面积；所述全面积电子传输层的面积大于非金属顶电极层的面积；非金属顶电极层边界与电子传输层边界的距离为0.1
‑
3.0mm。2.根据权利要求1所述的高稳定性的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述全面积电子传输层包括PCBM、C
60
、BCP、ZnO、Al掺杂ZnO、SnO2中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高稳定性的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿活性层包括有机无机杂化钙钛矿、全无机钙钛矿活性层中的一种或多种。4.根据权利要求2或3所述的高稳定性的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述全面积电子传输层为PCBM、C
60
、BCP的复配时，钙钛矿活性层的原料为有机无机杂化钙钛矿FAMAPbI3和/或MAPbI3。5.根据权利要求4所述的高稳定性的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，有机无机杂化钙钛矿FAMAPbI3包括FAMA前驱体溶液和PbI2溶液；其中FAMA前驱体溶液的原料包括质量比为(10
‑
20)：1：(1
‑
3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海桥，尹志鹏，王维燕，刘洋，
申请(专利权)人：浙大宁波理工学院，
类型：发明
国别省市：