[发明专利]一种空气中制备的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种空气中制备的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池及其制备方法，钙钛矿太阳电池包括透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿材料光吸收层、电子传输层以及电极五部分。本发明的制备方法是在空气中使用原位热旋涂方式制备钙钛矿材料薄膜，热退火处理后，再经甲胺蒸汽处理，得到连续、致密的钙钛矿材料光吸收层。本发明的在空气中制备的产品具有能量转换效率高、空气中稳定等优点，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于光伏器件领域，具体涉及一种空气中制备的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术

太阳电池是指能够将太阳能转换成电能的光电器件。太阳能因其自身清洁、安全、长久不衰、分布广泛等优点，成为越来越重要的能源供应形式之一。目前，传统的太阳电池主要采用无机材料制备，如单晶硅、砷化镓、铜铟镓硒等。

最近几年，金属卤化物钙钛矿半导体材料因其光吸收能力强、缺陷态密度低、载流子迁移率高、载流子寿命长等优点，十分适合应用于光伏发电领域，从而引起了人们的广泛关注。从2009年第一次被引入到染料敏化太阳电池中，并取得3.8％的能量转换效率，研究热度不断增加。到目前为止，钙钛矿太阳电池的最高能量转换效率已经高达到22.1％。然而钙钛矿材料对水汽及氧气非常敏感，易与空气中的水分子发生反应，从而导致钙钛矿材料分解。因此，大部分的钙钛矿材料光电器件都是在手套箱等水、氧含量很低的惰性气体氛围中制备，限制了其大规模商业化。同时由于空气中水、氧的影响，钙钛矿太阳电池性能不断下降，稳定性有待提高。因此，发展一种在空气中制备钙钛矿薄膜及相应器件的方法，并提高器件的稳定性，则显得尤为重要，也成为了促进钙钛矿太阳电池实际应用的关键技术。

本发明使用原位热旋涂的方法，在钙钛矿成膜过程中通过基底加热的方式，促进了溶剂的挥发，同时有效避免了空气中水、氧对钙钛矿成膜的影响，有利于钙钛矿的结晶生长。进而结合甲胺蒸汽处理，制备出了高质量的钙钛矿薄膜，也制备出了空气稳定的钙钛矿太阳电池，为钙钛矿太阳电池商业化提供重要参考。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种工艺过程简单，并可在空气中制备高质量钙钛矿薄膜、稳定且高性能钙钛矿太阳电池的方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种空气中制备的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池，所述太阳电池包括透明导电基底、空穴传输层、钙钛矿材料光吸收层、电子传输层以及电极五部分，其特征在于在空气环境中采用原位热旋涂的方法，并结合甲胺蒸汽处理，制备连续、致密的钙钛矿材料光吸收层。

上述的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池，所述透明导电基底为氧化锡铟(ITO)玻璃或掺氟的二氧化锡(FTO)玻璃。

上述的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池，所述空穴传输层是聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸)、氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴或氧化石墨烯，空穴传输层薄膜厚度在10纳米到100纳米之间。

上述的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池，所述钙钛矿材料为CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbBr₃、CH₃NH₃PbCl₃、CH₃NH₃PbI_xBr_3-x或CH₃NH₃PbI_xCl_3-x，根据溶液配制方式不同，x的取值在1到3之间。

上述的高效率、稳定的钙钛矿太阳电池，所述电子传输层是富勒烯衍生物、二氧化钛或二氧化锡，薄膜层厚度在10纳米到120纳米之间。