[发明专利]一种基于无铅变形钙钛矿结构的太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于具有无铅变形钙钛矿结构光吸收材料的太阳能电池及其制备方法，属于光电器件中的太阳能技术领域。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是一种全新的全固态薄膜电池。报道的能量转换效率已超过20％，成为可再生能源领域的热点研究方向。现在的有机金属卤化物钙钛矿材料(如CH₃NH₃PbI₃)含有铅元素，由于钙钛矿中的铅可能会漏出，污染屋顶和土壤，在国际许多地方(如欧盟)已被列为禁止使用的材料。因此通过金属元素替代的方法找到同等或更高转换效率的无铅钙钛矿材料显得尤其重要。

CsSnI₃钙钛矿晶体在室温下可以独立存在两种相，Yellow相和Black-γ相，并且在加热、空气中或有机溶剂中能够相互转化，因而研究者对他们各自的光学及电学性质进行了研究，并有报道可用于太阳能电池。但是该种材料中Sn为+2价，在空气中极不稳定，不适合用作室外应用的太阳能电池。

因此，研发环保绿色且稳定的无铅钙钛矿电池具有重要的意义与应用价值。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供了一种基于无铅变形钙钛矿结构的太阳能电池及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种基于无铅变形钙钛矿结构的太阳能电池，包括光吸收层，所述光吸收层的材料为变形钙钛矿结构的Cs₂SnI₆。

本发明首次将变形钙钛矿结构的Cs₂SnI₆用于制备太阳能电池的光吸收层，并成功制备出太阳能电池，该太阳能电池不含有铅等污染屋顶和土壤的元素，更加环保；同时Cs₂SnI₆更稳定，其制备的太阳能电池更加适合于室外。

优选的，所述光吸收层为厚度为200-800nm的薄膜。

优选的，电池正置结构依次包括顶电极、电子收集层、光吸收层、空穴收集层及衬底。

优选的，电池反型结构依次包括顶电极、空穴收集层、光吸收层、电子收集层及衬底。

进一步优选的，所述顶电极的材料为金属材料或导电炭材料，所述金属材料优选为Ag或Au。

进一步优选的，所述电子收集层的材料为无机n型半导体材料或有机电子传输材料，所述电子收集层的厚度为30-300nm。

更进一步优选的，所述无机n型半导体材料为ZnO、TiO₂或SnO₂；所述有机电子传输材料为P3HT。

进一步优选的，所述空穴收集层的材料为无机p型半导体材料或有机空穴传输材料，所述空穴收集层的厚度为30-300nm。

更进一步优选的，所述无机p型半导体材料为Cu₂O、NiO、CuI；所述有机空穴传输材料为PEDOT。

进一步优选的，所述衬底的材料为以FTO导电玻璃或ITO导电玻璃，方阻为10-50Ω/□。

一种基于无铅变形钙钛矿结构的反型太阳能电池的制备方法，首先，以衬底作为窗口层，并在衬底上进行电极刻蚀；其次，在衬底上制备电子传输层；第三，在电子传输层上制备变形钙钛矿结构的Cs₂SnI₆薄膜；第四，在Cs₂SnI₆薄膜上制备空穴传输层；最后，在空穴传输材料上制备电极；其中，第三步骤，通过气相合成法直接在电子传输层上制备Cs₂SnI₆薄膜；或通过液相沉积法合成Cs₂SnI₆，然后通过旋涂方法将Cs₂SnI₆在电子传输层上制备成Cs₂SnI₆薄膜。