[发明专利]一种混合单晶钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种混合单晶钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于能源应用领域。制备方法为将铅基材料、三维钙钛矿前驱体材料和二维钙钛矿前驱体材料制备得到混合单晶，在空气中将混合单晶溶解旋涂至空穴传输层表面，再将电子传输层旋涂至混合单晶旋涂制备的钙钛矿薄膜上，制备p‑i‑n平面型的钙钛矿太阳能电池器件。铅基材料、三维钙钛矿前驱体材料和二维钙钛矿前驱体材料的物质的量之比优选为1:(1‑0.8):(0.05‑0.2)，铅基材料优选为PbI₂、PbCl₂或PbBr₂，三维钙钛矿前驱体优选为碘化甲胺或碘化乙胺，二维钙钛矿前驱体优选为碘化苯乙胺或碘化丁胺。得到的钙钛矿薄膜晶粒大，电子缺陷密度低，且光电转换效率高，空气稳定性好。

技术领域

本发明属于能源应用领域，涉及一种混合单晶钙钛矿太阳能电池及其 制备方法，更具体地，涉及一种空气处理、大晶粒、混合阳离子的2D/3D 混合钙钛矿单晶工程用于高性能和高环境稳定性的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

近年来随着研究的不断深入，太阳能电池的研发取得了长足的发展， 逐渐成为了21世纪以及未来世界最为热门的领域之一。太阳能电池经过了 三代发展，分别为第一代晶体硅太阳能电池、第二代无机薄膜太阳能电池 和第三代新型太阳能电池。而作为第三代太阳能电池的领军者-有机/无机杂 化钙钛矿太阳能电池的发展最为迅猛，其能量转换效率从2009年开始报道 的3.8％快速增长到近期的23.3％引起了国内外的广泛关注。鉴于钙钛矿薄 膜对空气的敏感性，在环境空气中处理的高性能钙钛矿太阳能电池仍然是 一个巨大的挑战。传统的分子/离子前驱体即溶液混合方法在溶液蒸发钙钛 矿结晶形成过程中，钙钛矿薄膜的晶界处和表面会不可避免地产生缺陷和 陷阱态，从而限制了其在空气中的光伏稳定性能。而且基本上所有报道的 高效率的钙钛矿电池都是在苛刻的条件下(手套箱中)制备的，其中的水分和 氧气含量控制在ppm水平。最终，在这样的环境下，PSCs的工业发展 成本极高，失去了与现有成熟的硅基技术的竞争力。因此，探索既容易又 有效的空气中制备钙钛矿电池的策略具有重要意义。单晶有其独特的优势 如低的陷阱态密度和高的载流子迁移率，有更广泛的光吸收和较小的光学 带隙，与普通钙钛矿薄膜相比，钙钛矿单晶在更高的温度下晶相也更加稳 定。

发明内容

本发明解决了现有技术中钙钛矿太阳能电池薄膜晶粒小、缺陷密度大， 以及光电转换效率低、空气稳定性不佳的技术问题。本发明采用制备单晶 钙钛矿层的方法，将单晶钙钛矿层作为吸光层旋涂在空穴传输层上，然后 在单晶钙钛矿层上旋涂电子传输层，制备得到的太阳能电池具有晶粒大， 电子缺陷密度低，光电转换效率高，空气稳定性优异。

根据本发明的第一方面，提供了一种混合单晶钙钛矿太阳能电池的制 备方法，包括以下步骤：

(1)将铅基材料、三维钙钛矿前驱体材料和二维钙钛矿前驱体材料溶 于有机溶剂A中，得到混合溶液；将所述混合溶液转移至加热板上进行加 热，使铅基材料、三维钙钛矿前驱体材料和二维钙钛矿前驱体材料生成混 合单晶，将所述混合单晶洗涤后溶解于有机溶剂B，得到混合单晶前驱体 溶液；将空穴传输介质前驱体溶于有机溶剂C后，再旋涂至导电基质上， 并进行加热，得到空穴传输层；

(2)将步骤(1)所述的混合单晶前驱体溶液旋涂至步骤(1)所述空 穴传输层上表面，并进行加热，使所述空穴传输层上表面生成钙钛矿层；

(3)将电子传输介质前驱体溶于有机溶剂D后，将得到的溶液在保护 性气氛中旋涂至步骤(2)所述钙钛矿层上表面，使所述钙钛矿层上表面生 成电子传输层；

(4)在步骤(3)所述电子传输层上表面蒸镀电极层，得到混合单晶 钙钛矿太阳能电池。