[发明专利]一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米功能器件光伏太阳能电池领域，涉及高效钙钛矿太阳能电池的制备，尤其是一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

能源是社会和经济发展的重要基础条件，迄今为止人类社会发展仍然主要依赖于化石能源。但化石能源在地球上的分布极不均衡，并且终究会枯竭。另外燃烧化石能源带来的环境污染、雾霾天气和温室效应严重威胁人类社会的可持续发展。太阳能电池能够利用太阳能直接转化为电能，可以为人类社会发展提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是人类社会应对能源危机，解决环境问题，寻求可持续发展的重要对策。

目前硅太阳能电池及化合物半导体太阳能电池仍然是太阳能电池中主要的商用电池，但是无论是电池材料本身还是制备技术都需要较高的成本。新型太阳能电池成为各国竞相研究的焦点。2009年，日本Miyasaka等人在研究敏化太阳电池的过程中，首次使用具有钙钛矿结构的有机金属卤化物CH₃NH₃PbBr₃和CH₃NH₃PbI₃作为敏化剂，拉开了钙钛矿太阳电池研究的序幕。在随后短短的几年时间内，钙钛矿太阳电池技术取得了突飞猛进的发展([1]ImJH,LeeCR,LeeJW,etal.Nanoscale,2011,3:4088–4093.[2]LeeMM,TeuscherJ,MiyasakaT,etal.Science,2012,338:643–647.[3]KimHS,LeeCR,ImJH,etal.SciRep,2012,2:591.[4]BurschkaJ,PelletN,MoonSJ,etal.Nature,2013,499:316–319.[5]LiuM,JohnstonMB,SnaithHJ.Nature,2013,501:395–398)，能量转换效率已经超过了染料敏化太阳电池、有机太阳电池和量子点太阳电池。2014年第一期英国《自然（NATURE）》周刊甚至预计钙钛矿太阳电池的能量转换效率会达到20%，也就是达到目前技术已经比较成熟的CuInGaSe薄膜太阳电池的水平。目前研究的钙钛矿太阳能电池结构研究主要集中于三种，第一种是介孔结构，此结构是由染料敏化太阳能电池演化而来，钙钛矿材料作为光敏化剂覆盖在多孔TiO₂或Al₂O₃上，其结构为透明导电玻璃/TiO₂或ZnO致密层/钙钛矿敏化的多孔TiO₂或Al₂O₃层/HTM/金属电极；第二种是平面异质结薄膜结构，其结构为透明导电玻璃/TiO₂或ZnO致密层/钙钛矿层/HTMs/金属电极，在这种结构中，钙钛矿不仅仅是光吸收层，而且充当电子和空穴的传输层；第三种是无HTM的钙钛矿太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转化效率，而且制备条件多样，工艺简单，核心材料成本低廉。然而其对材料的质量要求较高，且其对水氧等成分敏感，严重破坏器件的稳定性，限制了钙钛矿电池的广泛应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种工艺简单，核心材料成本低廉，且有助于提高钙钛矿光伏器件的光学性能和稳定性的本发明涉及光伏电池，提供了一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明的技术方案是：一种高效钙钛矿太阳能电池，该高效钙钛矿太阳能电池的结构是：导电衬底、半导体氧化物电子传输层、介孔层和有机无机杂化的钙钛矿层、空穴传输层以及金属对电极，该高效钙钛矿太阳能电池还包括绝缘缓冲层，所述绝缘缓冲层的引入位置为半导体氧化物电子传输层和介孔层和有机无机杂化的钙钛矿层之间，或者介孔层和有机无机杂化的钙钛矿层与空穴传输层之间。