一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于光伏材料与器件技术领域，尤其涉及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从下至上依次层叠设置的衬底、阳极层、空穴传输层、卤化物铵盐层、钙钛矿光吸收层、电子传输层与阴极层，所述钙钛矿光吸收层包括CsPbI

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于光伏材料与器件
，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]早在2006年日本桐荫横滨大学的Miyasaka教授课题组尝试将钙钛矿材料作为光吸收材料用于染料敏化太阳能电池中，他们于2009年首次报道了太阳能转化效率为3.8％的染料敏化钙钛矿太阳能电池(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050)。接着，韩国成均馆大学的Nam
‑
Gyu Park教授课题组通过优化前驱体溶液浓度和退火温度，使能量转化效率提升了近一倍(Nanoscale,2011,3,4088)，而钙钛矿太阳能电池真正得到关注是他们将钙钛矿材料用于类似有机薄膜太阳能电池的全固态结构中(Sci.Rep.,2012,2,591)。由于钙钛矿太阳能电池具有原料及制造成本低等显著优势，并且随着相关领域研究力量的大量投入，钙钛矿太阳能电池的性能在近几年得到了迅速的提高。
[0003]这类钙钛矿材料一般具有ABX3的基本化学式，其中A
+
一般为一价阳离子(常见的是甲胺离子(MA
+
)，铯离子(Cs
+
)，甲脒离子(FA
+
))，B
2+
为无机阳离子(一般为Pb
2+
)，X
‑
为卤素阴离子(一般为I
‑
、Br
‑
或Cl
‑
)。所使用的卤素元素种类的不同，钙钛矿材料的带隙可以在1.6至3.2电子伏特内连续调控。因钙钛矿太阳能电池最初是由染料敏化太阳能电池所演变而来的，因而介孔型结构较为常见。在这一结构当中，在致密的TiO2选择性电子传输层上还有一层由TiO2颗粒组成的介孔层。这一介孔层，一方面作为沉积钙钛矿薄膜的骨架，另一方面可以减少电子扩散的距离，进而提高电子采集效率。在最初的研究中使用的介孔厚度约为500
‑
600nm，钙钛矿光吸收材料完全渗透到介孔骨架当中。然而随着研究的深入，人们发现可以使用较薄的介孔层约为150
‑
200nm，同时在其上面形成一层连续致密的钙钛矿光吸收层可以得到更好的器件性能。由于电子和空穴在钙钛矿材料中的扩散长度都很长，因而当完全去除介孔层后使用平面型的结构也可以得到效率较高的钙钛矿太阳能电池，而且结构更简单的平面型钙钛矿太阳能电池相比于介孔型的钙钛矿太阳能电池在制备结构上具有明显的优势，因而平面型的钙钛矿太阳能电池更具实现商业化的潜能。
[0004]目前，常见的钙钛矿太阳能电池器件结构包括介孔型、平面型(n
‑
i
‑
p)和平面反型(p
‑
i
‑
n)。当前平面型结构中使用的n型电子传输材料一般是金属氧化物半导体材料，常用的二氧化钛需要在高温下进行退火处理；p型空穴传输材料一般是有机空穴传输材料，例如常用的高分子聚合物PTAA和小分子化合物Spiro
‑
OMeTAD，这类空穴传输材料因其迁移率较低而往往需要掺杂剂对其进行掺杂，光伏器件才能获得较高的性能，而使用的掺杂剂具有吸水或稳定性欠佳等缺点，这些限制了钙钛矿光伏器件的商业应用。因而开发新型的空穴传输层和电子传输层用于钙钛矿光伏器件既要满足与钙钛矿光活性层具有匹配的能级结构，又要具有低成本的材料优势和大面积均匀沉积的特点；因此开发高质量的钙钛矿多晶薄膜、低成本、可大面积均匀制备的空穴和电子传输层构建平面型钙钛矿太阳能电池器件迫在眉睫。

技术实现思路

[0005]本申请的实施例提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，以提供钙钛矿太阳能电池的光学性能，利于实现产业化。
[0006]为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：
[0007]一方面，本申请实施例提供一种钙钛矿太阳能电池，包括从下至上依次层叠设置的衬底、阳极层、空穴传输层、卤化物铵盐层、钙钛矿光吸收层、电子传输层与阴极层，所述钙钛矿光吸收层包括CsPbI
x
Br3‑
x
，其中x为1
‑
3，所述空穴传输层中包括有氧化镍层，所述电子传输层中包括从下至上依次层叠设置的五氧化二铌层、C
60
层与BCP(2,9
‑
二甲基
‑
4,7
‑
联苯1,10
‑
菲罗啉)层。
[0008]本专利技术的有益效果是：本专利技术利于获得高质量的钙钛矿多晶薄膜，使空穴传输层和电子传输层二者的能级与钙钛矿光吸收层匹配，有利于光生载流子的抽取和输运。
[0009]可选地，所述空穴传输层还包括电子阻挡层和/或激子阻挡层，和/或
[0010]所述电子传输层还包括空穴阻挡层和/或激子阻挡层，和/或
[0011]所述阳极层与所述空穴传输层之间还包括阳极缓冲层，和/或
[0012]所述阴极层与所述电子传输层之间还包括阴极缓冲层。
[0013]可选地，所述卤化物铵盐层中包括卤化物铵盐，所述卤化物铵盐包括如下任一结构式：
[0014][0015]另一方面，本申请实施例还提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、获取衬底并依次使用清洗剂、去离子水和异丙醇超声清洗衬底并烘干；
[0017]S2、在所述衬底上形成阳极层；
[0018]S3、在所述阳极层上采用电子束蒸镀法沉积氧化镍以形成空穴传输层；
[0019]S4、在所述空穴传输层上沉积卤化物铵盐形成卤化物铵盐层；
[0020]S5、在所述卤化物铵盐层上沉积CsPbI
x
Br3‑
x
，其中x为1
‑
3，形成钙钛矿光吸收层；
[0021]S6、在所述钙钛矿光吸收层上采用电子束蒸镀法沉积五氧化二铌以形成五氧化二铌层；
[0022]S7、在所述五氧化二铌层上采用热蒸镀法沉积C
60
以形成C
60
层；
[0023]S8、在所述C
60
层上采用热蒸镀法沉积BCP以形成空穴阻挡层；
[0024]S9、在所述空穴阻挡层上形成阴极层。
[0025]可选地，所述阳极层与所述阴极层均包括铝、银镁合金、银、金、氧化铟锡、掺氟二氧化锡、氧化锌、铟镓锌氧化物和聚(3,4
‑
亚乙二氧基噻吩)
‑
聚(苯乙烯磺酸)中的至少一种。
[0026]可选地，在S3中，在所述阳极层与所述空穴传输层之间形成阳极缓冲层。
[0027]可选地，在S3中，在所述氧化镍层上形成电子阻挡层和/或激子阻挡层，其中，所述氧化镍层与所述电子阻挡层和/或激子阻挡层共同作为所述空穴传输层。
[0028]可选地，在S6中，在所述钙钛矿光吸收层上形成空穴阻挡层和/或激子阻挡层，所述五氧化二铌层与所述空穴阻挡层和/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，包括从下至上依次层叠设置的衬底、阳极层、空穴传输层、卤化物铵盐层、钙钛矿光吸收层、电子传输层与阴极层，所述钙钛矿光吸收层包括CsPbI
x
Br3‑
x
，其中x为1
‑
3，所述空穴传输层中包括有氧化镍层，所述电子传输层中包括从下至上依次层叠设置的五氧化二铌层、C
60
层与BCP层。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层还包括电子阻挡层和/或激子阻挡层，和/或所述电子传输层还包括空穴阻挡层和/或激子阻挡层，和/或所述阳极层与所述空穴传输层之间还包括阳极缓冲层，和/或所述阴极层与所述电子传输层之间还包括阴极缓冲层。3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述卤化物铵盐层中包括卤化物铵盐，所述卤化物铵盐包括如下任一结构式：4.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取衬底并依次使用清洗剂、去离子水和异丙醇超声清洗衬底并烘干；S2、在所述衬底上形成阳极层；S3、在所述阳极层上采用电子束蒸镀法沉积氧化镍以形成空穴传输层；S4、在所述空穴传输层上沉积卤化物铵盐形成卤化物铵盐层；S5、在所述卤化物铵盐层上沉积CsPbI
x
Br3‑
x
，其中x为1
‑
3，形成钙钛矿光吸收层；S6、在所述钙钛矿光吸收层上采用电子束蒸镀法沉积五氧化二铌以形成五氧化二铌层；S7、在所述五氧化二铌层上采用热蒸镀法沉积C
60
以形成C
60
层；S8、在所述C
60
层上采用热蒸镀法沉积BCP以形成空穴阻挡层；S9、在所述空穴阻挡层上形成阴极层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘欣，王浪，曹诗涵，杨定宇，佘星辰，王晓，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：