[发明专利]纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池及其制备方法

说明书

本发明公开了纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池，包括玻璃，玻璃上依次设置有阳极层、空穴传输层、有源层、电子传输层和阴极层，阳极层上设有周期性凸出于阳极层的光栅，光栅凸起处的表面上设有绝缘纳米结构。本发明还公开了上述纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池的制备方法。本发明的有益之处在于：提供一种纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池，利用纳米光栅和绝缘纳米粒子复合结构，提高太阳能电池对波长在500～800nm范围内入射光的光吸收，进而提高电池器件的光电转换效率。减小阳极界面处载流子复合效率，提高载流子收集效率，降低电池串联电阻。仅利用一道光刻制程便可以得到纳米光栅和绝缘纳米结构，节省成本。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池的有源层材料（CH₃NH₃PbX₃,X=Cl,Br,I）具有高的光吸收效率和长的载流子扩散长度，被认为是未来最具开发潜力的薄膜太阳能电池技术。目前，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率最高可达22%。钙钛矿材料的本征吸收谱在波长800nm以下，其中波长小于500nm为钙钛矿材料的强吸收范围，钙钛矿材料对波长在600～800nm的红黄光吸收效率比较低。

现有技术中，通常引入纳米粒子来增强钙钛矿材料在红黄光范围处的吸收。常规引入纳米粒子的方法为涂覆法，即将含有纳米粒子的溶液涂覆在薄膜上，加热使溶剂挥发，纳米粒子便沉积在薄膜上。这种方法沉积的纳米粒子位置分布随机，对于钙钛矿电池器件而言，因钙钛矿材料折射率高，随机分布的纳米粒子对光吸收增强效果有限。而且，涂覆纳米粒子的方法通常会把溶剂或其他杂质引到钙钛矿材料中，导致钙钛矿的性能急剧下降。光从阳极入射到器件有源层中，在阳极界面附近会产生高密度的光生载流子，因此阳极界面的杂质密度直接影响载流子复合效率，降低阳极界面的界面态密度和杂质密度可以有效降低器件的串联电阻，提高器件的负载性能。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池及其制备方法，主要用于增强钙钛矿太阳能电池对红光和黄光的吸收。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池，包括玻璃，所述玻璃上依次设置有阳极层、空穴传输层、有源层、电子传输层和阴极层，所述的阳极层上设有周期性凸出于阳极层的光栅，所述光栅凸起处的表面上设有绝缘纳米结构。太阳光从玻璃入射至器件内部。

进一步地，所述阳极层的材料为氧化铟锡（ITO）或透明氧化铝锌（AZO）。

进一步地，所述阴极层的材料为银（Ag）或金（Au）或铝（Al）。

进一步地，所述光栅的周期为200～400nm，高度为10～70nm，形状为矩形或梯形。

本发明还公开了上述纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：在玻璃上沉积阳极层和绝缘层薄膜；

步骤2：在绝缘层薄膜上涂光刻胶，对光刻胶进行曝光；

步骤3：显影光刻胶，刻蚀绝缘层薄膜，形成周期性凸出于阳极层的绝缘纳米结构，利用刻蚀后形成的绝缘纳米结构作为掩膜再刻蚀一定厚度的阳极层形成光栅，祛除光刻胶；

步骤4：在光栅及绝缘纳米结构的上方依次制作空穴传输层、有源层和电子传输层；

步骤5：在电子传输层的顶部沉积阴极层，从而制备得到纳米结构在阳极光栅凸起处的钙钛矿电池。