[发明专利]一种钙钛矿新型太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域。本发明在钙钛矿成膜阶段以反溶剂为负载，在钙钛矿薄膜中加入红荧烯分子，利用旋涂法低温制备钙钛矿/红荧烯复合薄膜。本方法制备的基于红荧烯与钙钛矿超分子作用的新型复合薄膜的钙钛矿太阳能电池既限制了钙钛矿材料中阳离子的迁移，提高了钙钛矿薄膜的稳定性，同时又减少了薄膜中缺陷的产生，提高了钙钛矿中载流子传输效率，还避免了因为离子迁移所导致的器件输出效率的不稳定，提高了钙钛矿太阳能电池在工作状态下的稳定性和光电转换效率。本发明的基于超分子相互作用的钙钛矿/红荧烯新型太阳能电池具有工艺简单、稳定性好、重复性好等特点，适合于大规模推广应用等特点，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种采用新型钙钛矿的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，随着世界能源需求迅速增长，日益严重的供需和环境问题已成为制约社会经济发展的瓶颈，建立清洁、充足、经济、安全和可持续发展的能源体系迫在眉睫。在全球性化石能源日益枯竭、环境污染不断加重的今天，太阳能因其取之不尽、清洁、无任何污染等优点逐步走入公众视野，成为最具开发潜力的新能源之一。而在太阳能的众多应用中，太阳能电池将太阳能直接转化为电能，是有效利用太阳能的最佳途径之一。

太阳能电池技术发展至今，大致经历了三个阶段：第一代硅基太阳能电池是发展最为完善、应用最为广泛的成熟技术，占据市场份额的90％以上。但晶硅太阳能电池在其生产过程中，尤其是晶硅原材料的提纯中，存在着高耗能和高污染的问题；第二代薄膜太阳能电池(GaAs,CdTe,CuInGaSe等)技术由于比硅基电池更能容忍较高的缺陷密度而得到了迅猛的发展，但其大规模应用也受制于制造成本高、环境污染严重、稀缺元素不可持续发展等问题；近年来，以染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池为代表的第三代太阳能电池，以成本低廉、原料丰富等优势受到业界关注，发展迅速，可以和非晶硅基电池相媲美，但仍存在稳定性差、机理复杂、难以大规模生产等诸多问题。

在众多的新型太阳能电池里，一种基于钙钛矿型的有机金属卤化物CH₃NH₃PbX₃(X代表卤族元素，最常见的是I)材料的太阳能电池引起了全世界的关注。自2009年出现到目前为止，钙钛矿太阳能电池的最高效率已达到22.7％。对于太阳能电池来说，高的转换效率是其最重要的性能评价标准之一，所以，不断提升钙钛矿太阳能电池的光电转换效率是研究者一直坚持的目标。为了增强钙钛矿电池的工作稳定性，提高电池在实际应用中的光电转换效率，减少钙钛矿电池器件制备工艺，成为钙钛矿太阳能电池的重要研究方向。钙钛矿材料作为高效光吸收层，可以同时传输电子和空穴，因此钙钛矿电池可以被做成结构简单的平板结构电池。平板结构钙钛矿太阳能电池结构简单，制备工艺简单，电池效率较高，但是电池测试中会出现明显的迟滞现象，且载流子传输和收集效率较低，小于50％。此外，平板结构钙钛矿太阳能电池由于钙钛矿吸光层低温制备工艺以及各个功能层沉积工艺的影响，在钙钛矿薄膜晶界处以及钙钛矿和其他功能层之间的界面处，存在大量缺陷态，光生载流子在这些位置存在较多复合；同时，这些缺陷态又为钙钛矿离子迁移提供了传输通道，严重影响了钙钛矿晶体结构的稳定性，从而造成钙钛矿电池器件光电转换效率的不稳定。

发明内容

本发明的目的是解决上述现有技术中存在的问题，提供一种新型的基于超分子相互作用的钙钛矿/红荧烯新型太阳能电池及其制备方法。

本发明提供一种基于超分子相互作用的钙钛矿/红荧烯太阳能电池，包括在玻璃基底上依次层叠的ITO透明电极、SnO₂致密层、钙钛矿化合物复合层、空穴传输层和金属电极，所述的钙钛矿化合物复合层为由钙钛矿材料与红荧烯材料复合形成。

上述本发明的这种基于超分子相互作用的钙钛矿/红荧烯太阳能电池，所述的钙钛矿化合物复合层采用一步旋涂法制备。

本发明同时保护一种制备基于超分子相互作用的钙钛矿/红荧烯新型太阳能电池的方法，采用一步法制备钙钛矿薄膜，步骤如下：