[发明专利]一种基于两步法制备的2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明为一种基于两步法制备的2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池。该太阳能电池从下至上由衬底、SnO₂电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层和金属电极组成；所述的钙钛矿薄膜的组成为(FAPbI₃)_1‑x(MAPbBr₃)_x。制备中将一定含量四氟苯基四氟硼酸盐添加剂加入到第二步有机胺盐的混合溶液中进行旋涂形成钙钛矿光吸收层，来实现提高钙钛矿薄膜的质量、钝化表面缺陷和减少载流子复合，达到改善钙钛矿太阳能电池光电转换效率的目的。本发明改善了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能、并有效钝化了表面缺陷和减少载流子复合，基于该钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池表现出良好的稳定性。

技术领域

本发明属于新型光伏太阳能电池领域，具体涉及一种基于两步法制备的2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

面对当前能源危机及环境污染的日益加重，更加清洁的新型能源逐渐取代石油、煤炭等传统能源得到了人们的重视和发展。其中，太阳能作为新型能源之一，具有无害性、长久性、大储量等优点，为全球日益增长的能源需求问题提供了良好的解决手段。近几年，一种基于钙钛矿结构的CH₃NH₃PbX₃(X代表卤族元素)材料的钙钛矿太阳能电池(PSCs)属于第三代新型太阳能电池的典型代表。相比于第一代(单晶硅)和第二代(薄膜)太阳能电池，PSCs是具有高效率、低成本、易制备的理想化光伏电池。自2009年制备出的第一块电池至今，PSCs的认证光电转换效率已超过25％。

钙钛矿型太阳能电池，为光伏领域的一个新成员，其吸光材料是指具有与CaTiO₃相同晶体结构的一类有机-无机杂化半导体材料，具有吸收能力强、电子迁移率高、电荷寿命长、带隙可调控以及可采用多种方式加工等优点。钙钛矿光吸收材料能够同时完成光生电荷的激发、运输、分离等重要过程，其主要原因是钙钛矿光吸收材料与电荷传输材料有着良好的能级匹配，使得光照后钙钛矿层产生的电子、空穴能够有效的进行分离和快速转移，这对实现高效的钙钛矿太阳能电池具有决定性的作用。传统两步法是指分别制备CH₃NH₃X溶液和PbX₂溶液，首先将PbX₂溶液在70℃环境下旋涂在电子传输层上进行干燥，然后将ETL和PbX₂的复合层在CH₃NH₃PbX₃溶液中浸渍，干燥后从而形成钙钛矿光吸收层。由于位于晶体内部以及材料表面的缺陷会捕获光生载流子或促进离子的迁移，薄膜的晶化程度等明显影响器件性能和材料的稳定性。当前的两步法的主要不足在于制备过程中当PbI₂膜与有机胺盐溶液反应时，PbI₂膜的顶部迅速转变为钙钛矿膜，这使得有机阳离子溶液难以充分渗透。无法将底部的PbI₂有效地转化为钙钛矿膜，会降低钙钛矿太阳能电池的整体光电性能。

发明内容

本发明的目的为针对当前技术中存在的不足，提供一种基于两步法制备的2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池。该电池将一定含量四氟苯基四氟硼酸盐添加剂加入到第二步有机胺盐的混合溶液中进行旋涂形成钙钛矿光吸收层，来实现提高钙钛矿薄膜的质量、钝化表面缺陷和减少载流子复合，达到改善钙钛矿太阳能电池光电转换效率的目的。本发明改善了钙钛矿太阳能电池的光电转换性能、并有效钝化了表面缺陷和减少载流子复合，基于该钙钛矿薄膜的钙钛矿太阳能电池表现出良好的稳定性。

本发明的技术方案为：

一种基于两步法制备的2D/3D杂化钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池从下至上由衬底、SnO₂电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属电极组成；

所述的衬底为ITO导电玻璃；

所述的电子传输层的材质为SnO₂，厚度为10-50nm；