[发明专利]一种全钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域，该叠层太阳能电池宽带隙顶电池中的空穴传输层材料与窄带隙底电池中的空穴传输层材料相同，空穴传输层材料为具有自组装特性的材料，具体为磷酸端基的SAM材料、羧酸端基的SAM材料、硫酸端基的SAM材料或异氰酸端基的SAM材料。该全钙钛矿叠层太阳能电池可有效改善现有的叠层太阳能电池所存在的制备工艺复杂、成本高以及严重的界面非辐射复合等问题。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种全钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能电池作为一种可以直接把太阳能转化成电能的装置，在现有能源结构中占有重要的地位。其中钙钛矿太阳能电池因其突出的光电特性和简易的制备流程，受到了人们的广泛关注。目前，单结钙钛矿太阳能电池的认证效率已突破25.7％，但其效率的提升受到肖克莱-奎伊瑟(S-Q)极限(～33％)的限制。为充分利用太阳光谱，减少电池热耗散，进而突破单结器件的S-Q极限，发展多结叠层钙钛矿太阳能电池极具前景。

两端钙钛矿-钙钛矿(全钙钛矿)叠层太阳能电池通常由宽带隙(1.7～1.9eV)顶电池和窄带隙(1.0～1.3eV)底电池组成。虽然全钙钛矿叠层太阳能电池的效率已超过单结钙钛矿太阳能电池，但是严重的界面非辐射复合限制了其性能的进一步提升。为了降低这种损耗和制造成本，选择合适的空穴传输材料至关重要。现有技术中公开的全钙钛矿叠层太阳能电池中的宽带隙和窄带隙的空穴传输层材料通常分别为PTAA和PEDOT:PSS，即现有技术中的全钙钛矿叠层太阳电池中两个子电池中分别采用了不同的空穴传输层材料，导致电池的制备过程更加复杂，增加了生产成本，对设备和环境的要求也更高；而且，现有技术中的PEDOT:PSS空穴传输层对近红外光存在较强的寄生吸收，其酸性还会引起窄带隙钙钛矿薄膜的降解，不利于叠层器件的稳定性；而且，空穴传输层/钙钛矿薄膜界面存在着严重的界面非辐射复合问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种全钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法，该全钙钛矿叠层太阳能电池可有效改善现有的叠层太阳能电池存在的制备过程复杂、成本高以严重的界面非辐射复合问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全钙钛矿叠层太阳能电池，宽带隙顶电池中的空穴传输层材料与窄带隙底电池中的空穴传输层材料相同。

进一步地，空穴传输层材料为具有自组装特性的材料。

进一步地，具有自组装特性的材料为磷酸端基的SAM材料、羧酸端基的SAM材料、硫酸端基的SAM材料或异氰酸端基的SAM材料。

进一步地，空穴传输层材料为4-(7-(4-(双(4-甲氧基苯基)氨基)-2,5-二氟苯基)苯并[c][1,2,5]噻二唑-4-基)苯甲酸。

进一步地，宽带隙顶电池中的空穴传输层和窄带隙底电池中的空穴传输层的厚度均为3-15nm。

上述的全钙钛矿叠层太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)将空穴传输层材料溶解于溶剂中，制备空穴传输层前体溶液；

(2)将步骤(1)中的空穴传输层前体溶液旋涂在ITO透明导电玻璃上，进行退火处理，制得宽带隙顶电池的空穴传输层；

(3)在步骤(2)中宽带隙顶电池的空穴传输层上依次沉积宽带隙钙钛矿吸收层、电子传输层和中间连接层；

(4)在步骤(3)中中间连接层上旋涂步骤(1)中的空穴传输层前体溶液，进行退火处理，制得窄带隙底电池的空穴传输层；

(5)在步骤(4)中窄带隙底电池的空穴传输层上依次沉积窄带隙钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极，制得全钙钛矿叠层太阳能电池。