[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池光吸收层

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池光吸收层，该光吸收层是采用加入有机羧酸的有机卤化铅钙钛矿前驱体溶液旋涂于适合的基底上并加热处理得到的薄膜；本发明利用有机羧酸控制有机卤化铅钙钛矿的成核和晶体生长，并提升钙钛矿光吸收层与电子传输层的界面接触特性。借助羧基和铅离子之间配位和静电作用，有效控制有机卤化铅钙钛矿光吸收层的成核和晶体生长，制备出大面积、光滑、高质量晶态、电学性能优良、稳定的有机卤化铅钙钛矿光学吸收层，并使钙钛矿光吸收层与电子传输层形成良好欧姆接触。利用本发明制备的钙钛矿太阳能电池能够提高效率，降低成本。本发明制备工艺简单，重复性能好，可应用于规模生产。

技术领域

本发明涉及电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池光吸收层。

背景技术

有机卤化铅钙钛矿太阳能电池因其低成本、高效率的特点被认为是最有希望成为硅太阳电池替代品的新型太阳电池之一。钙钛矿材料具有很宽的光谱吸收范围，良好的双极性传输特性，拥有极长的载流子传输距离、极低的缺陷态密度，同时高效完成入射光的吸收、光生载流子的激发、输运、分离等多个过程，且钙钛矿材料能带宽度较佳，具有极高的消光系数，其光吸收能力比其他有机染料高10倍以上。全固态太阳能电池的发展十分迅速。2006年日本科学家Miyasaka首次报道的该类电池的效率仅为2%，到2016年钙钛矿电池效率已经超过20%。

光吸收层的元素配比是决定材料性能的主要因素，目前光吸收层的制备方法由于组分多、结构复杂，若制备过程中某项工艺参数略有偏差，则会导致光吸收层的电、光性能产生较大变化。且制作过程比较繁琐，而且材料的制备过程不易控制，成本高，能耗大，如多元共蒸法、真空沉积法。而采用传统旋涂工艺制作的钙钛矿太阳能电池光吸层结晶性不足，制成的太阳能电池串联电阻过高。钙钛矿光吸收层的形貌和结晶质量以及吸收层与电子传输层之间的良好接触界面是获得高性能钙钛矿太阳能电池的关键， 现有的钙钛矿光吸收层的制备工艺还有待完善与提升。

发明内容

本发明目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池光吸收层，该光吸收层是一种新的全固态有机-无机杂化钙钛矿太阳电池光吸收层，它改善了钙钛矿光学吸收层的成膜形态与结晶质量，提升了光吸收层与电子传输层之间的接触界面特性，提高了电池的光电转换效率和稳定性。采用本发明制备的有机-无机钙钛矿太阳电池效率高，基底适应性好，稳定性好，工艺过程简单，重复性好，对设备要求低，适合产业化规模生产。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种钙钛矿太阳能电池光吸收层，特点在于：该光吸收层是采用加入有机羧酸的有机卤化铅钙钛矿前驱体溶液旋涂于适合的基底上并加热处理得到的薄膜；其中：

所述有机羧酸为对苯二甲酸(H2BDC)、2,6-萘二甲酸(2,6-NDC)、4,4′-联苯二甲酸(BPDC)及4, 4″- 三联苯二甲酸(TPDC)中的一种；

所述有机卤化铅钙钛矿前驱体溶液为CH₃NH₃I、PbI₂或PbCl₂、二甲基亚砜、丁内酯配置的混合溶液，此溶液需加热搅拌；其中，CH₃NH₃I与PbI₂或PbCl₂为溶质；二甲基亚砜及丁内酯的混合溶液为溶剂；所述CH₃NH₃I与PbI₂或PbCl₂的摩尔比为1︰1；有机卤化铅钙钛矿前驱体溶液浓度为1mol/L，所述二甲基亚砜与丁内酯的体积比为3︰7；加入有机羧酸的质量为5~15mg/mL；加热搅拌温度为30~70℃，搅拌时间为6~12小时；

所述适合的基底为：锡掺杂氧化铟、氟掺杂氧化锡、铝掺杂氧化锌的宽禁带氧化物透明导电薄膜基底，以及用于钙钛矿太阳能电池的致密层基底及多孔层基底；