一种大面积双异质结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大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池包括透明玻璃衬底、ITO层、电子传输层、双异质结钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极层。其制造成本较钙钛矿/晶硅叠层电池及全钙钛矿叠层电池更低，寄生效应更少，光损失更低。双异质结钙钛矿层由三层带隙可调的Sn、Pb基钙钛矿结构组成，双异质结的钙钛矿层，吸收光谱更宽，更加容易与电子传输层和空穴传输层的能级匹配，同时光损失更低，转换效率更高，双异质结钙钛矿层由于能带重叠的区域多，对光的利用率更高，能够进一步提高功率转换效率。同时对于钙钛矿层，保护层材料为2

【技术实现步骤摘要】
一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术涉及太阳能电池
，具体涉及一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能是最有前途的可持续能源之一，如果能进行大规模利用，能够缓解对化石燃料的过度依赖，并改善地球日益恶化的环境和气候。有机
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无机混合钙钛矿太阳能电池的功率转换效率在过去十年的中从3.8％提高到25.7％，与单晶硅太阳能电池相当。杂化钙钛矿材料的成功来自于许多优良的性能，如高缺陷耐受性、高双极电荷输运、优异的载流子迁移率和低激子结合能。然而目前的钙钛矿太阳能电池已经接近单节电池27.5％的理论极限，因此为了进一步提高钙钛矿太阳能电池的转换效率，越来越多的研究开始关注将晶硅电池或者钙钛矿电池与其它的高效率钙钛矿电池组成叠层电池。
[0003]从效率与成本两方面考虑叠层电池，叠层电池主要分为钙钛矿/晶硅叠层电池与全钙钛矿叠层电池。钙钛矿/晶硅叠层电池主要分为两端叠层与四端叠层，四端叠层的子电池制备相对独立，子电池工作在最大功率点，带隙选择广，但是对电极材料的要求更高，四个电极中需要使用三个透明电极，而且需要使用光学的功率器件，这将大大增加工艺成本。钙钛矿/晶硅两端叠层电池优势在于能够与硅工艺兼容，尽管最高的转换效率突破31％，但由于电流匹配问题，顶电池带隙限制在大约1.67
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1.8ev范围，而且硅材料的成本较高，但这对于商业化来说较为不利。全钙钛矿叠层的优势在于两个子电池的带隙都能够灵活调节，能够增大吸收光谱的宽度，减少光损失，另一个优势在于成本较硅叠层更低。尽管最高的转换效率突破28％，但是由于中间层的厚度较厚，带来额外的光损失，制备过程中对薄膜的损伤较大，中间层的寄生效应较多，降低了转换效率，以及中间层的制备需要溅射，蒸镀等，使成本增加，不利于商业化。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0005]在本专利技术的第一方面，提供了一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，包括：导电玻璃基底、电子传输层、双异质结钙钛矿层、空穴传输层以及金属电极层，其中，
[0006]所述双异质结钙钛矿层由三层带隙可调的Sn、Pb基钙钛矿结构组成。
[0007]所述钙钛矿层的结构通式为ABX3，其禁带宽度在1.2
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2.2ev之间，A为阳离子且A选自MA、FA、Rb和Cs中的一种或多种；B为阳离子且B选自Pb、Sn中的一种或多种；C为阴离子且C选自Cl、Br、I的一种或多种。
[0008]在本专利技术的一个实施例中，所述双异质结钙钛矿层的制备包括以下步骤：
[0009]将预定量的前驱体粉末溶解在非质子极性溶剂中，分别制成钙钛矿的第一层前驱体溶液、第二层前驱体溶液、第三层前驱体溶液；
[0010]使用钙钛矿薄膜的制备设备，以20～50mm/s的速度，100～200μm的涂覆高度，0.1～0.2Mpa的风刀压力下，将所述第一层前驱体溶液均匀地涂覆在所述电子传输层上，然后在100～150℃下退火5～10分钟，随后冷却5～10分钟，再将含有保护层的溶液通过制造设备，以10～30mm/s的速度，100～200μm的涂覆高度，均匀涂覆在第一层钙钛矿上。紧接着，以20～50mm/s的速度，100～200μm的涂覆高度，0.1～0.2MPa的风刀压力下，将所述第二层前驱体溶液均匀地涂覆在保护层上，然后在100～150℃下退火5～10分钟，在高温下保护层会升华，被除去，随后冷却5～10分钟，再将含有保护层的溶液通过制造设备，以10～30mm/s的速度，100～200μm的刮涂高度，均匀涂覆在第二层钙钛矿上。同理制备第三层钙钛矿，然后在100～150℃下退火5～10分钟，以除去保护层。
[0011]在本专利技术的一个实施例中，所述双异质结钙钛矿层制备方法为刮刀涂覆法、线棒涂覆法、狭缝涂布法中的任一种。
[0012]在本专利技术的一个实施例中，所述可去保护层为2
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莰酮，其分子式为C
10
H
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O，易溶于乙醚中，在室温下能够升华，退火过程中易升华除去。
[0013]在本专利技术的一个实施例中，所述双异质结钙钛矿吸光层自下向上包括，宽带隙钙钛矿层、中间带隙钙钛矿层、窄带隙钙钛矿层。通过使用异质结的钙钛矿层能够增大吸光波段，提高短路电流密度，进而提高太阳能电池的转换效率，而使用双异质结的钙钛矿层进一步提高吸光波段的利用率，进而提高电池的转换效率。
[0014]在本专利技术的一个实施例中，所述电子传输层采用n型半导体材料。
[0015]在本专利技术的一个实施例中，所述空穴传输层采用p型半导体材料。
[0016]在本专利技术的一个实施例中，所述电极层的材料为Ag、Au、Cu中的任意一种。
[0017]在本专利技术的一个实施例中，所述导电玻璃基底的厚度为1mm且具有100nm厚的导电层，所述电子传输层的厚度为80～100nm，所述宽带隙钙钛矿层、中间带隙钙钛矿层、窄带隙钙钛矿层的厚度均为200～300nm，所述空穴传输层的厚度为80～100nm，所述电极层的厚度为80～100nm。
[0018]在本专利技术的第二方面，提供了一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0019]步骤一，通过激光划线装置在导电玻璃基底上进行第一次划线，得到图案化衬底，对所述导电玻璃基底进行清洗并紫外线臭氧处理；
[0020]步骤二，通过旋涂法或浸浴法在所述导电玻璃基底上制备电子传输层；
[0021]步骤三，通过刮涂法或狭缝涂布等方法在电子传输层上制备宽带隙钙钛矿层，通过刮涂法或狭缝涂布等方法在宽带隙钙钛矿层上制备保护层，避免第二层钙钛矿前驱体溶液的对宽带隙钙钛矿层的腐蚀，紧接着再涂覆中间带隙钙钛矿层，通过退火提高钙钛矿层质量，更能除去保护层，然后涂覆保护层，再涂覆窄带隙钙钛矿层，最后退火完成除去保护层，得到双异质结钙钛矿层；
[0022]步骤四，通过旋涂法或刮涂法在双异质结钙钛矿层上制备空穴传输层；
[0023]步骤五，首先通过激光划线装置在空穴传输层上进行第二次划线，然后在真空度为5.4
×
10
‑4Pa以下的条件下将电极材料蒸镀到空穴传输层上，最后通过激光划线装置在金属电极层上进行第三次划线，完成制备。
[0024]本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0025]本专利技术采用刮涂法制备大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，该双异质结钙钛矿层由宽带隙钙钛矿层、中间带隙钙钛矿层和窄带隙钙钛矿层堆叠形成，其禁带宽度为1.2ev到2.2ev之间，由于禁带宽度更大，吸收光谱更宽，电流密度更大，转换效率更高，采用双异质结钙钛矿层，钙钛矿层对同一波段的光利用率更高，光损失更低。本专利技术引入了2
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莰酮作为保护层，其在退火时由于升华会被除去，对比全钙钛矿叠层，双异质结钙钛本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括透明玻璃衬底(1)、ITO层(2)、电子传输层(3)、双异质结钙钛矿层(4)、空穴传输层(5)以及金属电极层(6)，其中，所述双异质结钙钛矿层(4)为三层带隙可调的Pb、Sn基钙钛矿层，相邻钙钛矿层之间构成异质结；所述双异质结钙钛矿层(4)的结构通式为ABX3，其禁带宽度在1.2
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2.2ev之间，其中，A为阳离子且A选自MA、FA、Rb和Cs中的一种或多种，B为阳离子且B选自Pb、Sn中的一种或多种，C为阴离子且C选自Cl、Br、I中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双异质结钙钛矿层(4)的制备过程包括如下步骤：将预定量的前驱体粉末溶解在非质子极性溶剂中，分别制成第一层前驱体溶液、第二层前驱体溶液、第三层前驱体溶液；使用钙钛矿薄膜的制备设备，以20～50mm/s的速度，100～200μm的涂覆高度，0.1～0.2Mpa的风刀压力下，将所述第一层前驱体溶液均匀地涂覆在所述电子传输层(3)上，然后在100～150℃下退火5～10分钟，随后冷却5～10分钟，再将含有保护层的溶液通过所述制备设备，以10～30mm/s的速度，100～200μm的涂覆高度，均匀涂覆在第一层钙钛矿上，紧接着，以20～50mm/s的速度，100～200μm的涂覆高度，0.1～0.2MPa的风刀压力下，将所述第二层前驱体溶液均匀地涂覆在保护层上，然后在100～150℃下退火5～10分钟，保护层被除去，随后冷却5～10分钟，再将含有保护层的溶液通过所述制备设备，以10～30mm/s的速度，100～200μm的刮涂高度，均匀涂覆在第二层钙钛矿上同理制备第三层钙钛矿，然后在100～150℃下退火5～10分钟，以除去保护层。3.根据权利要求2所述的大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双异质结钙钛矿层(4)的制备方法为刮刀涂覆法、线棒涂覆法、狭缝涂布法中的任一种。4.根据权利要求2所述的大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述保护层为2
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莰酮，其分子式为C
10
H
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O。5.根据权利要求1所述的大面积双异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述双异质结钙钛矿层(4)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊，
申请(专利权)人：张昊，
类型：发明
国别省市：