[发明专利]含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层以及金属电极，所述空穴传输层所用材料为氧化镍，且所述空穴传输层与所述钙钛矿吸光层之间还设有空穴传输层修饰层，所述空穴传输层修饰层所用材料为碱金属卤化物。本发明还提供了上述含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明通过增加碱金属卤化物空穴修饰层，增强了氧化镍与钙钛矿层之间的粘合力，减少了氧化镍薄膜表面的针孔、降低了载流子的界面复合损失，从而有效提高了钙钛矿太阳能电池的整体性能。本发明制备钙钛矿太阳能电池的方法简单，成本低，使钙钛矿太阳能电池的性能有较大提升。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体涉及一种含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着社会的发展，传统能源所引发的资源短缺和环境污染问题日趋严重，开发利用清洁可再生的能源成为科学研究的重大课题之一。而太阳能作为地球上总量最大的可再生能源成为重要研究方向；目前，技术已经成熟的晶硅太阳能电池，其转换效率和稳定性较高，但是对SiO₂的纯度要求非常高，使得其成本高居不下；新型太阳能电池具有成本低、耗能少、环境友好等特点，得到了大家的青睐。其中钙钛矿太阳能电池更是被评论为“光伏领域的明日之星”。

在钙钛矿太阳能电池中，由于界面复合、铁电效应等，使得正型钙钛矿太阳能电池具有较大的迟滞效应，因此无法正确评估其转换效率；反型钙钛矿太阳能电池具有较小甚至没有迟滞效应使得这一问题得到有效解决。

空穴传输层的存在有助于钙钛矿太阳能电池性能的提升。目前钙钛矿太阳能电池广泛使用的空穴传输材料是有机空穴导电层，比如Spiro-OMeTAD，高纯Spiro-OMeTAD的价格是铂、金的10倍以上。昂贵的价格将使得其大规模制备和商业化的道路更加艰难，因此，稳定性好使用较多，价格便宜的氧化镍(NiO_x)成为了替代的空穴传输材料；然而，氧化镍的导电性远逊于Spiro-OMeTAD，可通过掺杂金属元素提高其导电性；一方面，在氧化镍薄膜表面存在大量的针孔，另一方面，氧化镍与钙钛矿之间的粘合力较弱，界面复合较为严重，使得钙钛矿不能完全覆盖基底，产生较大的漏电流，因此限制了电池的性能。针对这些问题，本发明提出了使用含有使用碱金属卤化物空穴修饰层增强氧化镍与钙钛矿层之间的粘合力，减少氧化镍(NiO_x)薄膜表面的针孔、降低载流子的界面复合损失，同时提高钙钛矿太阳能电池的性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池，以改善氧化镍与钙钛矿的结合性能，提高钙钛矿太阳能电池的效率。

本发明的第一个目的是提供一种含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电衬底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层以及金属电极，所述空穴传输层所用材料为氧化镍，且所述空穴传输层与所述钙钛矿吸光层之间还设有空穴传输层修饰层，所述空穴传输层修饰层所用材料为碱金属卤化物。

优选地，所述碱金属为铯。

更优选地，所述碱金属卤化物为CsI、CsCl或CsBr。

更优选地，所述空穴传输层的厚度为10-30nm，所述空穴传输层修饰层厚度为15-25nm。

更优选地，所述钙钛矿吸光层和所述电子传输层之间还设有电子传输层修饰层，所述电子传输层所用材料为PCBM、C60、SnO₂、TiO₂、ZnO中的任意一种，厚度为15-25nm；所述电子传输层修饰层所用材料为BCP，厚度为2-5nm。

本发明的第二个目的是提供一种含碱金属卤化物空穴修饰层的反型钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

S1、在导电衬底上制备空穴传输层