[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明提供的钙钛矿太阳能电池包括：依次层叠设置的透明导电基底层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层；所述电子传输层包括：TiO₂致密层，设置在所述TiO₂致密层一侧表面的TiO₂纳米柱阵列，和复合在所述TiO₂纳米柱阵列表面的无定形TiO_2‑x纳米壳。本发明提供的技术方案在电子传输层中设置了纳米柱阵列，并在纳米柱阵列表面复合了无定形纳米壳，这种纳米可以结构产生强烈的局域表面等离子共振效应，使纳米结构表面产生的强电磁场和高浓度的高能载流子（电子‑空穴对），从而提升钙钛矿电池的光电流。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池是一种通过光电效应或者光化学反应直接把光能转化成电能的装置，其技术发展大致经历了三个阶段：第一代太阳能电池主要指单晶硅和多晶硅太阳能电池，其在实验室的光电转换效率已经分别达到25%和20.4%；第二代太阳能电池主要包括非晶硅薄膜电池和多晶硅薄膜电池；第三代太阳能电池主要指具有高转换效率的一些新概念电池，如染料敏化电池、量子点电池以及有机太阳能电池等。

钙钛矿太阳能电池（perovskite solar cells），是利用钙钛矿型的有机金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。钙钛矿太阳能电池能够高效率将光子转换为电能，拥有便于制造和材料来源广泛等优势，是目前光伏领域的研究热点。如何进一步提升钙钛矿太阳能电池的光电学性能，是当前的研究重点。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明提供的钙钛矿太阳能电池具有十分优异的光电学性能。

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：依次层叠设置的透明导电基底层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层；

所述电子传输层包括：TiO₂致密层，设置在所述TiO₂致密层一侧表面的TiO₂纳米柱阵列，和复合在所述TiO₂纳米柱阵列表面的无定形TiO_2-x纳米壳；所述TiO₂致密层的另一侧与透明导电基底层相接触。

优选的，所述TiO₂致密层的厚度为20~100nm。

优选的，所述无定形TiO_2-x纳米壳的厚度为10~100nm。

本发明提供了一种上述技术方案所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

在透明导电基底层上由下至上依次制备TiO₂致密层、TiO₂纳米柱阵列、无定形TiO_2-x纳米壳、钙钛矿层、空穴传输层和顶电极层，得到钙钛矿太阳能电池。

优选的，制备所述TiO₂致密层的方式为磁控溅射。

优选的，所述磁控溅射的溅射压强为0.1~2.0Pa；所述磁控溅射的溅射速率为0.1~2nm/min；所述磁控溅射的溅射靶材为TiO_2-x；所述磁控溅射的溅射气氛为氧气和惰性气体的混合气氛；所述磁控溅射结束后，进行退火处理，所述退火处理的温度为400~500℃，所述退火处理的时间为1~5h。

优选的，制备所述TiO₂纳米柱阵列的方式为水热合成。