[发明专利]一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法

说明书

本发明属于光伏领域，公开了一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法，即反式介观结构全无机钙钛矿太阳电池，太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密空穴传输层，介孔空穴传输层，无机钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层和对电极层。将传统介观结构钙钛矿电池中的电子传输层和空穴传输层位置互换，在双层无机空穴材料和电子传输材料之间制备一层全无机钙钛矿吸光材料，得到一种具有双层空穴传输层的倒置介观结构器件。本发明首次将介孔双层空穴结构应用在全无机钙钛矿太阳电池中，不仅有效解决了钙钛矿中挥发性阳离子相关的稳定性问题，同时解决了平面异质结钙钛矿太阳电池载流子输运效率差、光电转化性能普遍相对较低的问题。

技术领域

本发明属于光伏领域，具体涉及一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术

目前钙钛矿(perovskite)种类分为：(a)有机-无机杂化钙钛矿、(b)有机钙钛矿和(c)全无机钙钛矿。

有机-无机杂化钙钛矿材料由于其突出的光电性质等，逐渐走入研究者们的视野，并成为新型材料研究领域的热点之一。但由于其挥发性阳离子相关导致环境稳定性下降，使得限制了商业的发展。

有机钙钛矿是一种通过分子基团组装而成的具有钙钛矿结构的分子基材料—无金属钙钛矿(metal-free perovskites)，又称有机钙钛矿。无金属钙钛矿可以有效地避免金属毒性、高制备成本等问题，以满足实用材料对节能、经济、环保的要求。但由于非中心对称/极性的无金属分子基钙钛矿材料的合成一直困难重重，发展严重受限。

全无机钙钛矿材料具有显著的压电、铁电性能而在铁电存储、压电传感器、致动器、电容器和非线性光学器件等应用中大放异彩，引起国内外广泛重视。且其合成工艺简单，可以有效的克制挥发性阳离子相关的长期稳定性问题。

目前基于Pb基的全无机钙钛矿(perovskite)太阳电池因具有较高的热稳定性而备受关注。器件结构主要包括以下三种：正置平面结构，倒置平面结构和介观结构。

平面结构钙钛矿太阳电池结构简单，制备简单，但是稳定性存在较大问题，同时平面异质结钙钛矿太阳电池光电转化性能普遍相对较低，载流子的输运效率差。

介观结构电池是目前获得高效电池的主流结构，传统介观结构钙钛矿太阳电池的一般结构从下到上依次为：导电玻璃层、致密电子传输层、介孔电子传输层、无机钙钛矿吸光层、空穴传输层、金属电极。现有技术研究较多的是正置介观结构的钙钛矿太阳电池，包括致密层TiO₂和介孔层TiO₂。然而，此种方法的制备过程中电子传输材料TiO₂需要经过高温处理，且步骤繁琐。同时，常用的有机空穴传输材料(如Spiro-OMeTAD、PTAA等)存在稳定性差的问题。这些缺点限制了钙钛矿电池的实际应用，也是向低温柔性高效太阳电池发展的最大障碍。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种全无机钙钛矿太阳电池及其制备方法，首次将介孔双层空穴传输结构应用在全无机钙钛矿太阳电池中，不仅有效解决了钙钛矿中挥发性阳离子相关的长期稳定性问题，同时解决了平面异质结钙钛矿太阳电池载流子输运效率差、光电转化性能普遍相对较低的问题，而且有效地解决了传统正置介观结构的电子传输材料的高温制备问题。

为解决以上技术问题，本发明提供了一种全无机钙钛矿太阳电池，所述太阳电池由下至上依次包括导电玻璃层，致密空穴传输层，介孔空穴传输层，无机钙钛矿吸光层，电子传输层，空穴阻挡层和对电极层。

其中，所述导电玻璃层的材料选自FTO、ITO或TCO中的任意一种；在本发明提供的实施例中，所述导电玻璃层的材料优选为FTO。

所述致密空穴传输层的材料选自NiO、CuSCN、CuO或Cu₂O中的任意一种。