[发明专利]钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提出了钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池包括：层叠设置的透明基底、负极、下转换发光层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、上转换发光层和正极，其中，下转换发光层设置在负极与电子传输层之间。本发明所提出的钙钛矿太阳能电池，其上表面和下表面分别增设下转换发光层和上转换发光层，如此，可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光和红外光都转换成可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并可延长电池的长期使用稳定性。

技术领域

本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体的，本发明涉及钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，如果能将其充分利用，将对人类社会进步和发展做出重大贡献。太阳能电池是指在太阳光的照射下，直接由光能转化为电能的一种光电转换器件，是将太阳能进行有效利用的重要途径之一。太阳能电池发电有利于解决当前和未来的能源危机问题。据估计，若在全球0.4％的陆地面积上覆盖光电转换效率为10％的太阳能电池板，其产生的电量能够满足全球能源需求。因此，大力发展太阳能电池发电技术对于整个人类社会和经济的发展、减少环境污染等具有重要的意义。

其中，钙钛矿太阳能电池作为一种新型太阳电池，具有生产成本低、制备工艺简单、电迁移率高、吸光系数大等优点。自诞生以来，就以惊人的速度刷新效率记录，是太阳能技术的一个重大革新。但是，受带隙宽度的限制，常规钙钛矿太阳电池只吸收太阳总辐射光谱44％左右的可见光，这也就导致电池吸收带隙与入射太阳光谱不匹配，从而造成能量损失，限制了太阳能电池效率的进一步提升。

作为一种在人类生活中扮演着重要角色的现象，发光的产生是由于物体不经过热阶段将其内部以某种方式吸收的能量转换为非平衡福射。某一固体化合物受光子、电场或电离辐射等的激发，发生能量的吸收、存储、传递然后以光的形式发射能量的过程即为固体的发光。除天然的发光物质外，越来越多的发光材料已被人工合成，并应用在诸多方面，除传统的照明领域外，发光材料在很多新领域如太阳能电池等得到更多的关注与研究。根据物质受激发方式的不同，发光主要可分为电致发光和光致发光，而应用于光伏方面更多的是光致发光。光致发光，作为光激发产生发光的过程，一般由基质和发光中心组成，大致分为上转换发光和下转换发光(被统称频域转换材料)。

上转换发光，具体是指将两个或两个以上的低能光子转换成一个高能光子的现象，是将长波长光转换成短波长光的一种方法。近年来，随着纳米技术的崛起，上转换发光纳米材料因其特殊的光电特性，如毒性低、化学稳定性及光稳定性好、发射带隙窄，及发光寿命长等优点，被广泛应用于生物检测及成像、固态激光、三维立体成像、太阳能电池等方面。

下转换发光，也被称为量子裁剪，量子分裂，多光子发射等，指材料吸收一个高能光子后，能发射出两个及两个以上的低能光子，是将短波长光转换成长波长光的一种方法。下转换发光材料在太阳能电池中近年来的应用，也引起了科学家们广泛的研究兴趣。因此，下转换发光能够调节太阳能电池的吸收光谱，可以将短波光子(如紫外线)转移到太阳能电池光谱响应较为敏感的长波光子区域，是一种提高太阳能电池光采集和光电转换效率的有效方法，因而越来越受到人们的关注。

发明内容

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：

本发明的发明人在研究过程中发现，现阶段的太阳能电池存在光电转换效率较低、电池组寿命短的问题，现有技术一般采用溶液法把上转换材料或下转换材料引入到钙钛矿太阳能电池中，但是，这种方法难以适用于工业化大规模生产。

为了解决上述的技术问题，发明人在钙钛矿太阳能电池的上表面增设下转换发光层、同时在钙钛矿太阳能电池的背面增设上转换发光层，如此，下转换发光层可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光转换为可见光，而上转换发光层可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的红外光转换为可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并延长电池的长期使用稳定性。