[发明专利]一种全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。该方法包括：(1)在透明导电基底上制作电子传输层；(2)在电子传输层上蒸镀沉积第一PbBr₂薄膜，在80～120℃下进行一次退火，之后蒸镀沉积CsBr薄膜，在250～350℃进行二次退火，最后再蒸镀沉积第二PbBr₂薄膜，在250～350℃进行三次退火，得到CsPbBr₃钙钛矿薄膜；(3)在钙钛矿薄膜上制备顶电极。本发明中，蒸镀过程采用(PbBr₂—CsBr—PbBr₂)三明治结构，并通过各阶段薄膜厚度及退火温度的控制，使CsBr和PbBr₂充分反应，所得钙钛矿薄膜具有更纯的CsPbBr₃相，有利于提高电池性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿型太阳能电池(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，也称作新概念太阳能电池。在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对；由于钙钛矿材激子束缚能的差异，这些载流子或者成为自由载流子，或者形成激子，而且，因为这些钙钛矿材料往往具有较低的载流子复合几率和较高的载流子迁移率，所以载流子的扩散距离和寿命较长；然后，这些未复合的电子和空穴分别被电子传输层和空穴传输层收集，即电子从钙钛矿层传输到电子传输层，最后被阴极收集，而空穴从钙钛矿层传输到空穴传输层，之后被金属电极收集；最后，通过连接FTO和金属电极的电路而产生光电流。

钙钛矿吸光层作为太阳能电池中一个最重要的功能层，对电池的光伏性能起着举足轻重的作用。有机-无机杂化钙钛矿材料由于效率高的优势备受关注，然而其中的有机成分严重影响电池的稳定性。而全无机钙钛矿材料在环境稳定性方面具有得天独厚的优势，另外采用无空穴—碳电极的器件结构可以杜绝使用不稳定的有机空穴传输层和昂贵的金属电极，从而显著提升环境稳定性和降低制造成本。全无机钙钛矿材料包括CsPbI₃、CsPbI₂Br、CsPbIBr₂和CsPbBr₃，其中CsPbBr₃是铯基全无机钙钛矿中稳定性最好的材料，同时CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池器件是具有较高的理论开路电压，已成为近年来的热点研究。

常规的CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池主要有透明导电电极、电子传输层、CsPbBr₃钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶部金属电极组成，或者是通过刮涂碳电极代替空穴传输层和顶部金属电极。对于CsPbBr₃钙钛矿层的制备，由于CsBr和PbBr₂在溶液中的溶解度差异较大，因此现有的制备CsPbBr₃钙钛矿层的方法往往采用多步旋涂法，制备方法繁琐，同时不利于实现商业化大规模生产应用。

华婧辰等研究了基于真空蒸镀法制备CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池(武汉理工大学硕士学位论文，2020年3月)，为改善固相反应的反应速度较慢以及反应不均匀的缺点，其对比了双层连续蒸镀以及一次退火工艺、四层连续蒸镀以及二次阶梯退火的方法，二次阶梯退火是先在335℃退火20min，然后在290℃退火30min，来获得晶粒明显增大且更加致密的CsPbBr₃薄膜晶粒。在优化条件下获得的钙钛矿电池的光电转换效率PCE为3.87％。

虽然真空蒸镀法具有适于制备高附着性、高重复性以及大面积薄膜的优势，但基于真空蒸镀法制备CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率仍难以令人满足满意。

发明内容

本发明的目的是提供一种全无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，以解决基于真空蒸镀法制备CsPbBr₃钙钛矿太阳能电池的光电转换效率较低的问题。