[发明专利]一种基于甲脒基有机/无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于甲脒基有机/无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法。具体包括依次设置的导电基底、电子传输层、铅基钙钛矿薄膜、有机共轭聚合物层和电极层。其制备过程有以下步骤：在导电基底表面沉积一层电子传输层；然后用配好的碘化铅和有机粉末(溴化铅或甲胺铅溴)混合前驱体与碘化甲脒和氯化甲胺溶液混合前驱体两步反应制备高质量的钙钛矿层；最后在钙钛矿层上方依次制备有机共轭聚合物层和电极层。本发明的制备方法过程简单，通过种子溶液的方式大大增强了器件的稳定性，原材料廉价，效率高，有利于商业化大规模生产，存在巨大的应用价值。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其是指一种高质量稳定的卤素钙钛矿薄膜的制备，并以此制备钙钛矿太阳能电池的方案。

背景技术

二十一世纪以来，人们对于能源的需求日益增加，伴随着化石能源的大量使用，能源危机问题变得严重起来，环境问题也随之恶化。为了解决这一问题，必须改变现有的能源结构，发展可持续的绿色能源，其中太阳能是最大并且最有潜力的清洁能源。目前商用的主要为硅太阳能电池，第一代太阳能电池中单晶硅太阳能电池制备过程严苛，成本比较高，工艺繁琐，第二代太阳能电池中多晶硅电池成本相对有优势，但缺陷和杂质问题却很大，所以第三代薄膜太阳能电池的商业化是非常重要的，其中钙钛矿薄膜太阳能电池具有良好前景。

钙钛矿薄膜太阳能电池与其他太阳能电池相比优势主要有：1.原材料价格低廉；2.器件制备过程简单；3.光电转化效率高，发展速度快。但钙钛矿太阳能电池的主要缺点则体现在器件的长期稳定性上，而现在的钙钛矿太阳能电池还远远达不到商用的标准，因此提高钙钛矿太阳能电池稳定性是目前热门的研究方向。在前人报道过的文献中，我们可以看到主要有以下几种手段来提高器件性能和稳定性：1、通过在钙钛矿层和空穴传输层之间增加一层阻挡层，或者是在空穴传输层和金属电极之间加一层；2、通过对钙钛矿层薄膜的优化，一般以掺杂新材料的方式来提高薄膜的本征稳定性；3、通过聚合物或其它材料封装的形式保护器件。当然这些方式都在一定程度上起到了提高性能和稳定性的作用，但距离商业化的标准还有一段距离。进一步发明及利用新的方式以提升钙钛矿的稳定性具有非常重要的意义。

发明内容

为解决上述所提到的稳定性问题。本发明提供了一种制备过程简单，能够有效提高电池光电转化效率以及稳定性的制备方法，主要手段则是通过提前在碘化铅前驱体溶液中加入有机粉末构建种子溶液，减少易吸水组分的暴露制备高质量稳定的钙钛矿薄膜，进而制备出高效率稳定的太阳能电池。

本发明第一个目的在于提供一种高性能稳定的钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、铅基钙钛矿薄膜、p型有机共轭聚合物层和电极层。

在本发明的一个实施例中，所述铅基钙钛矿薄膜通过以下方法制备得到：在所述电子传输层涂钙钛矿前驱体溶液A，再涂钙钛矿前驱体溶液B，反应结束后，将反应得到的薄膜退火结晶处理得到所述铅基钙钛矿薄膜。

在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液A由碘化铅(PbI₂)和溴化物混合所得；其中，所述溴化物为甲胺溴(MABr)和/或甲胺铅溴(MAPbBr₃)。

在本发明的一个实施例中，碘化铅浓度为0.5-1.5摩尔每升，MABr或MAPbBr₃与碘化铅的摩尔比为0.1-10％。

在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液A的溶剂为二甲基亚砜(DMSO)和二甲基甲酰胺(DMF)的混合溶剂。

在本发明的一个实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液B由碘化甲脒(FAI)和氯化甲胺(MACl)混合所得；其中，碘化甲脒的浓度为70-110毫克每毫升，氯化甲胺的浓度为0-15毫克每毫升；溶剂为异丙醇(IPA)溶液。

在本发明的一个实施例中，所述电子传输层的厚度为10-200纳米。