[发明专利]二维钙钛矿材料作为吸光层的太阳能电池器件及其制备方法

说明书

本发明属于光伏领域，具体涉及一种二维钙钛矿材料作为吸光层的太阳能电池器件及其制备方法。太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层和电极层。本发明采用简单的一步旋涂法，通过对器件中的钙钛矿吸光层进行组分调控，得到了一种高效的太阳能电池。本发明通过简单的组分调控，不仅有效解决了二维钙钛矿材料载流子传输受限这一关键问题，同时解决了准二维钙钛矿太阳电池光电转化性能普遍相对较低的问题。

技术领域

本发明属于光伏领域，具体涉及一种二维钙钛矿材料作为吸光层的太阳能电池器件及其制备方法。

背景技术

三维有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池在过去的几年里实现了巨大的发展。器件的功率转换效率(PCE)迅速上升，最高效率已经超过25％，很大程度上超过有机光电，染料敏化太阳能电池，甚至可以与硅薄膜电池相媲美。尽管3D钙钛矿取得了巨大的成功，但它也面临着一些问题，比如在光、热和潮湿环境下固有的不稳定性，妨碍了电池实现广泛的应用。这些不稳定主要来源于有机阳离子的高亲水性和阳离子与卤素离子的弱作用力。

最近有报道称，RP二维钙钛矿已经展出超强的环境稳定性。此外，通过一步旋涂法可以制备光滑的薄膜，不需要添加剂或抗溶剂，减少了工艺复杂性。RP二维钙钛矿的优势在于其独特的晶体结构，其一般公式为A’₂A_n-1M_nX_3n+1，其中A’为芳族或脂肪族烷基胺阳离子，M是二价金属，X是卤化物阴离子，n表示八面体的数目每个量子阱内的层。2D钙钛矿是通过在钙钛矿层之间插入大量的烷基胺阳离子(例如，2-苯乙胺(PEA)和正丁基胺(n-BA)而形成。无机层作为所谓的“阱”，而有机板层作为层间的“障碍”，因此产生自然多重量子井结构。一方面，层间阳离子的疏水性阻止了渗透水分子进入钙钛矿晶格。另一方面，相邻的层被弱范德华力捆绑在一起，确保其结构的稳定性。虽然二维钙钛矿具有良好的环境稳定性，但是和3D钙钛矿相比，光电转换效率依然比较低。

发明内容

为了解决二维钙钛矿太阳能电池效率较低的问题，本发明提供一种二维RP钙钛矿太阳电池及其制备方法，通过设计阳离子组合，进一步提高了二维钙钛矿太阳能电池的器件性能。本发明将层间阳离子设计为GA离子，PyA离子两种，阳离子为Cs离子，FA离子，MA离子三种用于制备钙钛矿薄膜。不仅有效解决了二维RP钙钛矿载流子传输问题，同时提高了太阳能电池的光电转换效率。其效果要优于纯MA和PyA作为阳离子的钙钛矿吸光层材料。

本发明提供的技术方案是一种RP二维钙钛矿太阳电池，该太阳能电池由下至上依次包括FTO导电玻璃层，电子传输层，钙钛矿吸光层，空穴传输层和电极。

其中，致密空穴传输层的材料选用常见的spiro-OMETAD。

二维RP钙钛矿吸光层材料的化学式为A_n’A_n-1B_nX_3n+1型的化合物，其中，A’为GA离子，PyA离子两种，A为Cs离子，FA离子，MA离子三种，B为Pb离子，X选自I离子。

阳离子用FA离子和Cs离子部分取代MA离子。

间层阳离子GA离子部分取代PyA离子。

优选为：二维钙钛矿吸光层的材料为(PyA_xGA_1-x)₂(MA_0.64Cs_0.02FA_0.34)₄Pb₅I₁₆，x＝0.7-0.9；

电子传输层的材料选自电子传输层的材料选自致密TiO₂。

电极层的材料为金。

基底为FTO或ITO。