[发明专利]氧化镓保护层梯度体异质结钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于氧化镓保护层的倒置梯度体异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述的钙钛矿电池是由透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极组成的。使用工艺简单、低温沉积的原子层沉底法制备高质量的氧化镓薄膜作为电子传输层与金属电极之间缓冲层，有效改善器件的光伏性能，并且其无机疏水的特性可作为保护层，有效隔绝外界环境对电池的侵蚀，提升器件的稳定性。本发明还使用非富勒烯材料IDIC溶解到绿色环保溶剂乙酸乙酯中，制备出梯度异质结钙钛矿薄膜，有效钝化钙钛矿的缺陷，提升器件性能，减轻薄膜制备的毒性环境。

技术领域

本发明涉及一种基于氧化镓(Ga₂O₃)保护层的倒置梯度体异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于光电子材料与器件领域。

背景技术

近年来，能源危机与环境污染问题愈发紧迫，发展清洁可持续的能源对人类社会的发展愈发重要，太阳能作为一种可持续的清洁能源，可以直接转化为电能，为人类提供源源不断的能源，具有很大的应用前景。

钙钛矿太阳能电池近年来发展迅速，转化效率已经可以和硅基的太阳能电池相当。有机无机杂化钙钛矿材料具有高吸光系数、高的载流子迁移率、较低的激子结合能、较长的载流子寿命，以及带隙可控、可溶液法制备等特点，在激光、发光二极管、光电探测器、单层及叠层太阳能电池领域都展现出巨大的发展潜力。目前有文献报道的钙钛矿太阳能电池最高效率是由Sang Il Seok课题组关于碘离子掺杂钙钛矿材料太阳能电池的研究，取得了22.1％的效率。(Iodide management informamidinium-lead-halide–basedperovskite layers for efficient solar cells.Yang et al.,Science 356,1376–1379，2017)。

然而，对于钙钛矿太阳能电池，其较差的稳定性(包括光稳定性，湿度稳定性，热稳定性以及长期稳定性等)成为其走向工业化实际应用的阻碍。在倒置结构的电池中，银电极特别容易渗透到钙钛矿层中并发生化学反应造成严重的漏电，使器件性能快速下降。由于缺少无机稳定性材料的保护，外界的水汽、氧气等很容易与钙钛矿直接反应，使钙钛矿材料分解。

此外，在制备钙钛矿薄膜的过程中，一步反溶剂的方法经常使用甲苯和氯苯等剧毒溶剂，造成了具有毒性的制备环境。该方法制备出的钙钛矿薄膜仍然存在很多的缺陷，影响薄膜的质量，进而影响到器件的性能和稳定性。