[发明专利]一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于微纳制造技术领域，并公开了一种无机钙钛矿太阳能电池，包括导电基底、电子收集层、光吸收层、空穴传输层和碳对电极层，导电基底包括玻璃基片及两块FTO导电层，两块FTO导电层之间具有分隔槽；电子收集层包括致密TiO2层和介孔TiO2层，致密TiO2层沉积在玻璃基片的分隔槽处和其中一块FTO导电层的上表面上，介孔TiO2层沉积在致密TiO2层的上表面上；光吸收层为无机钙钛矿层，其设置在介孔TiO2层的上表面上；所述空穴传输层为CuPc层，其设置在所述光吸收层的上表面上；所述碳对电极层设置在所述空穴传输层的上表面上。本发明能显著提高接触面积，从而增加电荷传输通道，提高无机钙钛矿太阳能电池的性能。

技术领域

本发明属于微纳制造技术领域，更具体地，涉及一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

地球人口的快速增长导致能源消耗的增加，为了满足能源的需求，煤、石油、天然气这三种化石能源的消耗日益增加，环境问题日益加剧，人们迫切需要找到一种新型无污染的清洁能源。在这种条件下，太阳能干净、可靠、可再生的特点被广泛关注，并可以响应未来的需求。开发太阳能的一种直接方式是通过使用太阳能电池将其转换成电力。在过去的几年时间中，高效率的基于有机金属卤化物的钙钛矿太阳能电池迅速崛起，有机金属卤化物钙钛矿吸收剂具有高吸收系数，优异的载流子传输能力等优异特性，但是其不稳定的缺点是目前最大的问题。为了解决有机金属卤化物钙钛矿不稳定的问题，近来许多研究者尝试采用无机钙钛矿作为光吸收层来提高电池的稳定性，并取得了初步的成效。我们有理由相信，无机钙钛矿材料在太阳能电池中的应用将是未来的发展趋势，而且凭借对钙钛矿太阳能电池工作机制的深入研究和理解，对其材料和工艺的不断选择优化，钙钛矿太阳能电池的效率可望在不久的将来超越目前发展较为成熟的单晶硅太阳能电池，并在新能源领域有大规模商业化生产的可能。

有效的钙钛矿太阳能电池通常使用p型有机小分子或聚合物空穴导体作为空穴提取材料来实现电池的高效率，但是，目前常规的空穴传输材料具有高合成成本，热不稳定性以及低空穴迁移率或低导电率的缺点，这限制了它们在商业中大规模化的应用。以目前使用最广泛的空穴传输材料spiro-OMeTAD为例，它不仅价格昂贵，电荷传输性能差，而且为了改善其载流子密度和导电性进行的必要的掺杂不仅增加了生产成本，而且使用的有机添加剂又极易在空气中氧化，导致其不稳定。传统的有机金属卤化物钙钛矿光吸收层在湿度和热的条件下极易分解，这使得电池的稳定性较差，并且使其的制备和使用都有了一定条件的限制。由于电池的不稳定性主要是由于其有机组分的分解，所以可以通过排除对周围环境敏感的有机物质，开发无机的钙钛矿材料。无机钙钛矿材料CsPbBr3具有对湿度和热都较高的稳定性，可以在空气条件下制备，使得其不需要依赖于手套箱等设备，是较理想的无机钙钛矿光吸收剂。除此之外，阴极材料对钙钛矿太阳能电池也是至关重要的。目前的制备工艺中，通常采用电子束热蒸发沉积贵金属金或银作为电池的碳对电极层，热蒸发工艺要求非常高的真空度，加上金和银的消耗，整个制造成本较高，并且金属容易被卤素腐蚀，导致电池的退化。所以，寻求廉价可替代的碳对电极层及其制备工艺也是钙钛矿太阳能电池领域研究的热点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法，其利用CuPc作为空穴传输材料，电子收集材料可由TiO2薄膜形成，所述无机钙钛矿材料选择CsPbBr3，所述空穴传输材料采用在高真空条件下通过热蒸发法生长的CuPc纳米棒，所述碳对电极层材料为碳，可在低温条件下沉积在CuPc层顶部。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种无机钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括导电基底、电子收集层、光吸收层、空穴传输层和碳对电极层，其中，