[发明专利]一种宽光谱钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种宽光谱钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池作为一种清洁可再生的能源正受到越来越多的关注，对于解决能源危机具有重要的意义。因此，开发新型高效率低成本太阳能电池引起各国研究者的兴趣。钙钛矿结构太阳能电池是一种以钙钛矿结构作为吸光材料的太阳能电池，其能隙约为1.5eV，消光系数高，几百纳米厚的薄膜即可充分吸收800nm以下的太阳光。钙钛矿太阳能电池具有成本低廉、制备工艺简单、光电转换效率高，近几年来获得了突飞猛进的发展，受到了人们的广泛关注。

目前用于钙钛矿太阳能光阳极的多孔层材料主要有TiO₂、ZnO和Al₂O₃等，多孔层主要起电池的骨架作用。钙钛矿材料的吸收光谱集中在可见光，对于大于其光学带隙的红外光和小于400nm的紫外光不会吸收，因而在光转换效率、光电流等方面存在不足。

公开号为CN 105514279 A的中国专利申请，公开了一种多孔层结构钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿型太阳能电池包括依次层叠的衬底，致密层，多孔层，吸光层，空穴传输层和金属电极层。该专利申请通过利用NaYF₄为基质的上转换材料与TiO₂纳米颗粒的混合物混合来制备多孔层。这种太阳能电池虽然也可吸收近红外光发出可见光，但是其由于加入了NaYF₄，氟化物稳定性不如TiO₂，电荷传输能力不如TiO₂，可能会影响其导电性。

发明内容

本发明为弥补现有技术中存在的不足，提供一种宽光谱钙钛矿太阳能电池及其制备方法，可有效拓宽钙钛矿太阳能电池的吸收光谱，提高钙钛矿太阳能电池光电流和转换效率。

本发明为达到其目的，采用的技术方案如下：

一种宽光谱钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的FTO玻璃衬底、TiO₂致密层、TiO₂多孔发光层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述TiO₂多孔发光层中含有掺杂离子，所述掺杂离子包括Yb³⁺和其他离子，所述其他离子包括Ho³⁺、Er³⁺、Mn²⁺、Tm³⁺中的至少一种。

优选的，所述TiO₂多孔发光层中，Yb³⁺和其他离子的摩尔比为3～20：1，优选为5：1，优选方案获得的钙钛矿太阳能电池发光性能较佳，可有效拓宽钙钛矿太阳能电池的吸收光谱。

优选的，在TiO₂多孔发光层中，所述掺杂离子占Ti格位的摩尔百分比为1-10％，也即，所述掺杂离子和Ti的摩尔比为1:99～10:90。将掺杂离子在Ti格位中的摩尔比控制在优选范围，获得的钙钛矿太阳能电池发光性能较佳，有效提高钙钛矿太阳能电池光电流和转换效率。

作为一种优选方案，所述Yb³⁺和其他离子来自含有这些离子的水合或非水合硝酸盐。采用硝酸盐，容易溶解，且成本低，

优选的，所述TiO₂多孔发光层按照包括如下步骤的方法制得：将硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸锰中的至少一种的水溶液与硝酸镱水溶液滴加入钛酸酯溶液中，经热处理，得掺杂的TiO₂沉淀；经干燥、研磨、煅烧、冷却得掺杂的TiO₂粉体，将所得的掺杂的TiO₂粉体制备成胶体，旋涂于TiO2致密层后进行热处理得到TiO2多孔发光层。

更为优选的，所述TiO2多孔发光层按照包括如下步骤的方法制得：将钛酸四丁酯在搅拌下滴加入去离子水中，于60～75℃恒温搅拌15～45min，然后将硝酸钬、硝酸铒、硝酸铥、硝酸锰中的至少一种的水溶液与硝酸镱水溶液滴加入钛酸四丁酯溶液中，在170～185℃下热处理15～25h，得掺杂的TiO₂沉淀；经干燥、研磨、700～850℃煅烧、冷却得掺杂的TiO₂粉体，将所得的掺杂的TiO₂粉体加入聚乙二醇中，制备成胶体，将胶体旋涂于TiO₂致密层后进行热处理得到TiO₂多孔发光层

优选的，所述聚乙二醇为聚乙二醇20000。