[发明专利]一种高开压钙钛矿太阳能电池的制备方法

说明书

本申请公开了一种高开压钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括钙钛矿前驱体配置和钙钛矿太阳能电池制备。本申请通过调控一价阳离子及阴离子的种类和比例得到带隙可控，室温相稳定的钙钛矿。通过向钙钛矿前驱体里引入添加剂消除有机阳离子空位和不饱和配位的铅阳离子，钝化缺陷实现钙钛矿光伏器件1100mV以上的高开压，提高钙钛矿太阳能电池性能。此制备方法，不但能够推动单节钙钛矿电池产业化进程，而且在全钙钛矿叠层，硅/钙钛矿叠层以及化合物薄膜/钙钛矿叠层方面有着巨大的应用前景。

技术领域

本申请涉及钙钛矿前驱体调控、薄膜制备及光伏技术领域，具体涉及一种高开压钙钛矿太阳能电池的制备方法。

背景技术

钙钛矿材料具有优良的光电性能，如带隙可调、高消光系数、双向载流子输运。研究伊始就得到了学术界的青睐，作为第三代新型高效光伏材料的代表，仅仅用了十年就实现了电转换效率从3.8％提升至25％，这样的增长速度在光伏历史上从未有过。因此钙钛矿被光伏产业界寄予厚望。目前研究较多较为成熟的仍是纯MAPbI₃或者纯FAPbI₃，虽然在效率方面已经完全达到商业化应用要求，但是由于光学带隙、结晶成相或者组分特性的限制，纯MAPbI₃体系水热稳定性较差，长期稳定性堪忧，不能作为未来产业化的候选材料。纯FAPbI₃由于带隙较窄，其理论开压较低只能用于单节钙钛矿电池，此外纯FAPbI₃很难获得室温稳定的钙钛矿α相。因此，寻求更多光电性能较优，长期稳定性较好，高开压，宽带隙，无光致相变的新钙钛矿体系是未来产业化的必经之路。

一方面，随着研究的深入，关于钙钛矿器件光电性能和长期稳定性的调控方式越来越多。例如：界面修饰、组分工程、添加剂工程。一方面，在组分工程中混合阴阳离子被认为是最直接的调控方式。精确调控A位阳离子或者X位阴离子组分和含量，不但能够稳定钙钛矿相，抑制光致相变提高长期稳定性，而且混合阴阳离子针对带隙的调控，能够实现更高开压更优性能的钙钛矿体系的筛选，这也是未来全钙钛矿叠层或者硅/钙钛矿叠层以及化合物薄膜/钙钛矿叠层必须要着重考虑的因素。另一方面，由于钙钛矿结构特有的缺陷容忍性，钙钛矿薄膜的结晶成相过程中固有缺陷也是影响其器件性能的主要因素。缺陷可以作为电荷载流子陷阱中心，离子迁移路径，非辐射复合途径或者作为水氧侵蚀路径，严重影响钙钛矿太阳能电池的效率和长期稳定性。因此向钙钛矿前驱体里添加合适的添加剂钝化缺陷，可以极大的改善钙钛矿太阳能电池的光电转换性能和长期稳定性。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种高开压钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明公开了一种高开压钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括钙钛矿前驱体配置和钙钛矿太阳能电池制备，其中：

钙钛矿前驱体配置包括：组分调控、溶剂和添加剂；

钙钛矿太阳能电池制备包括：制备底电极、制备第一层载流子传输层、制备钙钛矿吸光层、制备第二层载流子传输层、制备顶电极。

进一步地，所述的制备方法，所述钙钛矿前驱体包含A，B，X三类材料，结构通式为ABX₃，其中A为一价阳离子：包括但不限于钾K⁺、铯Cs⁺、铷Rb⁺、甲脒FA⁺或者甲胺MA⁺中的一种或几种，B为二价阳离子：包括但不限于铅Pb²⁺、锡Sn²⁺、锗Ge²⁺中的一种或多种，X为卤素及类卤素阴离子：包括但不限于碘I^-、溴Br^-、氯Cl^-或者硫氰根SCN^-中的一种或几种。

进一步地，所述的制备方法，其特征在于，所述钙钛矿前驱体调控A位阳离子Cs⁺的比例不低于5％，X位阴离子Br^-的比例不低于5％，A和B的摩尔比例介于1：1和1：1.4之间。