[发明专利]基于介孔导电层衬底的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种基于介孔导电层衬底的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池制备技术领域。所述钙钛矿太阳能电池包括导电玻璃，依次形成于导电玻璃之上的介孔导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极层，所述介孔导电层为导电氧化物(TCO)纳米材料形成的纳米颗粒或纳米棒结构。本发明通过在导电玻璃衬底上形成一层纳米TCO介孔导电层，使得导电玻璃衬底本身具有高比表面积和增加光程的效果，从而有效提高钙钛矿太阳能电池的性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池制备技术领域，具体涉及一种基于介孔导电层衬底的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

继1839年物理学家Alexandre-Edmund Becquerel发现光伏现象，1883年成功制备世界上首例效率为1％的金-半结电池起，太阳能电池便进入了研究者的视野。现今，随着科技的发展，人类对能源的需求和消耗量日益增大，而传统化石能源却日益枯竭，同时，化石能源带来的环境问题亦不容忽视。能源的需求和环保的要求决定了新型可再生的清洁能源必将成为未来的主要能量来源；因此，针对可再生清洁能源，特别是太阳能的研究愈发迫切。而太阳能电池作为一种直接有效的太阳能利用手段，在近几年引起了各国学者的研究热潮。按技术的成熟度，太阳能电池可分为三代，第一代硅基太阳能电池，第二代薄膜电池，第三代新概念电池。

钙钛矿太阳能电池作为新概念电池的一员，自2009年被提出，至2018年短短不到10年的发展时间内，其光电转化效率从最初的3.8％飙升至23％，被誉为迄今为止发展速度最快的太阳能电池。基于钙钛矿的太阳能电池根据结构不同可以分为介孔型钙钛矿太阳能电池与平面型钙钛矿太阳能电池。虽然平面型钙钛矿太阳能电池具有器件结构简单、易于制备的优势，但是在光电转换效率上依然不及介孔型太阳能电池。

针对介孔型钙钛矿太阳能电池，最为关键的是介孔材料的选取与介孔层的制备。传统的介孔层材料主要是氧化物半导体纳米颗粒，如氧化钛、氧化锌等；但是受限于这些氧化物载流子浓度低、迁移率低等先天劣势，所制成的器件饱受短路电流低、迟滞大的困扰。目前已有报导通过对这些氧化物进行掺杂改性等方式来改善上述缺陷，但并未能从根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对目前介孔型钙钛矿太阳能电池存在的缺陷，提出了一种新型的基于介孔导电层衬底的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种基于介孔导电层衬底的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括导电玻璃，依次形成于导电玻璃之上的介孔导电层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极层，所述介孔导电层为导电氧化物(TCO)纳米材料形成的纳米颗粒或纳米棒结构。

进一步地，所述导电氧化物(TCO)为氟掺杂的SnO₂(FTO)、锑掺杂的SnO₂(ATO)或者铝掺杂的ZnO(AZO)等纳米材料。

进一步地，所述介孔导电层为垂直于导电玻璃的纳米棒结构。

一种基于介孔导电层衬底的钙钛矿太阳能电池的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1、导电玻璃的清洗；

步骤2、以氯化亚锡为锡源、聚乙二醇为造孔剂、乙二醇甲醚为溶剂，配制种子层前驱液；其中，种子层前驱液中氯化亚锡的质量浓度为0.04～0.06g/mL，聚乙二醇的质量浓度为0.02～0.03g/mL；

步骤3、将步骤2得到的种子层前驱液滴加于步骤1清洗干净的导电玻璃上，以3000rpm的转速旋涂30～50s，旋涂完成后，经退火处理形成种子层；其中，种子层前驱液的滴加量为10～17μL/cm²；