一种半透明钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，更具体地，涉及一种半透明钙钛矿太阳能电池 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 人类正在面临日益枯竭的化石能源所带来的危机，开发新型能源迫在眉睫。太阳 能作为新型可再生清洁能源的一种，具有独特的优势和巨大的开发潜力。目前关于太阳能 的大规模开发利用主要集中在光电转换方向，相对成熟的光伏技术包括硅基太阳能电池、 以CIGSXdTe等代表的多元化合物薄膜太阳能电池，但是以上两种光伏技术或多或少存在 着高成本、高能耗、工艺复杂、原材料受限及环境污染等问题。
[0003] 因而，为了弥补传统光伏技术的缺陷，我们急需寻找下一代廉价高效的清洁光伏 技术。作为新型光伏中的佼佼者-钙钛矿太阳能电池技术使我们看到新的曙光，钙钛矿太阳 能电池在短短五年间实现了光电转换效率从10 %到20 %的飞跃。目前瑞士EPFL小组报道的 钙钛矿太阳能电池效率已经达到21%，已经超过了发展数十年的CIGS等薄膜太阳能电池效 率，甚至逼近晶硅太阳能电池的效率。钙钛矿太阳能电池的效率和成本双重优势极大地推 动了光伏技术的创新和发展。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种半透明钙钛矿太阳能电池，旨 在解决钙钛矿太阳能电池稳定性不足、制作成本高、工艺复杂、传统的有机电子传输层或空 穴传输层采用旋涂法制备，材料本身昂贵且原料利用率极低等、大多数钙钛矿电池对太阳 光的捕获效率较低等的问题。
[0005] 本发明提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池，包括:第一透明导电基板a、无机电 子传输层、光捕获层、无机空穴传输层和第二透明导电基板b，所述光捕获层由DXZ 3型钙钛 矿材料形成，其中，D选自Cs+、CH3NH3+、CH(NH2)2 +或其混合物，X选自Pb2+、Sn2+、Ge2+或其混合 物，Z选自CF、Br' Γ或其混合物。
[0006] 更进一步地，所述无机空穴传输层为一种或多种以下无机化合物，包括掺杂或未 掺杂的Ni0(掺杂元素选自〇1、1^、0&、]\%或34勺一种或多种）、〇12〇、？匕3、￥2〇5、]?〇0 3、〇13^ CuI或p型铜铁矿结构的掺杂或未掺杂的AM〇2型半导体材料形成，其中，A选自Cu或Ag，M选自 0、6&、厶1、5(3、111、￥或?6，掺杂元素选自]\%、〇3或63中的一种或多种。
[0007] 更进一步地，所述光捕获层由DPbZ3型钙钛矿材料形成，其中，D选自Cs+ XH3NH3+、CH (順2)2+或其混合物，2选自(：1-、8厂、1-或其混合物。
[0008] 更进一步地，所述光捕获层的厚度为150nm-850nm。
[0009] 更进一步地，所述无机电子传输层为一种或多种以下无机化合物，包括Ti02、 ZmSnCU、CS2CO3、BaTi 〇3、SrT i 〇3、MgT i〇3、BaSn〇3、Sn〇2、ZnO 或(MS。
[0010] 本发明还提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：
[0011] (1)将透明导电玻璃或柔性透明导电膜进行超声清洗，再经紫外臭氧处理后，获得 第一透明导电基板a和第二透明导电基板b;
[0012] (2)在所述第一透明导电基板a表面旋涂或刮涂TiO2前驱液，并进行退火处理后获 得表面涂覆TiO 2电子传输薄膜的第一透明导电基板a;
[0013] 或将所述第一透明导电基板a进行加热，并将钛酸异丙酯溶液喷涂在此基底上后 再加热，获得表面涂覆TiO2电子传输薄膜的第一透明导电基板a;
[0014] (3)在第二透明导电基板b表面旋涂或刮涂NiO前驱液，并进行退火处理后获得表 面涂覆NiO空穴传输薄膜的第二透明导电基板b;
[0015] 或将第二透明导电基板b进行加热，并将乙酰丙酮镍溶液喷涂在此基底上后再加 热，获得表面涂覆NiO空穴传输薄膜的第二透明导电基板b;
[0016] (4)在步骤(2)所得的TiO2电子传输层和步骤(3)所得的NiO空穴传输层表面分别 旋涂所述XZ 2溶液和所述DZ溶液二者中的一种，并进行退火处理，在TiO2电子传输层和NiO空 穴传输层表面分别制备得到XZ 2层和DZ层；
[0017] (5)将步骤(4)制备得到的XZ2层底板和DZ层底板通过挤压在一起反应，获得半透 明钙钛矿太阳能电池。
[0018] 本发明还提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：
[0019] (1)将透明导电玻璃或柔性透明导电膜进行超声清洗，再经紫外臭氧处理后，获得 第一透明导电基板a和第二透明导电基板b;
[0020] (2)在所述第一透明导电基板a表面旋涂或刮涂TiO2前驱液，并进行退火处理后获 得表面涂覆TiO 2电子传输薄膜的第一透明导电基板a;
[0021] 或将所述第一透明导电基板a进行加热，并将钛酸异丙酯溶液喷涂在此基底上后 再加热，获得表面涂覆TiO2电子传输薄膜的第一透明导电基板a;
[0022] (3)在第二透明导电基板b表面旋涂或刮涂NiO前驱液，并进行退火处理后获得表 面涂覆NiO空穴传输薄膜的第二透明导电基板b;
[0023]或将第二透明导电基板b进行加热，并将乙酰丙酮镍溶液喷涂在此基底上后再加 热，获得表面涂覆NiO空穴传输薄膜的第二透明导电基板b;
[0024] (4)在步骤(2)所得的TiO2电子传输层和步骤(3)所得的NiO空穴传输层表面分别 旋涂所述XZ2溶液，再进行退火处理，在TiO2电子传输层和NiO空穴传输层表面分别制备得到 XZ2 层；
[0025] (5)将步骤(4)制备得到的两块XZ2层底板通过挤压在一起并浸泡在DZ溶液中，再 进行退火处理后获得半透明钙钛矿太阳能电池。
[0026] 本发明还提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：
[0027] (1)将透明导电玻璃或柔性透明导电膜进行超声清洗，再经紫外臭氧处理后，获得 第一透明导电基板a和第二透明导电基板b;
[0028] (2)在所述第一透明导电基板a表面旋涂或刮涂TiO2前驱液，并进行退火处理后获 得表面涂覆TiO2电子传输薄膜的第一透明导电基板a;
[0029] 或将所述第一透明导电基板a进行加热，并将钛酸异丙酯溶液喷涂在此基底上后 再加热，获得表面涂覆TiO2电子传输薄膜的第一透明导电基板a;
[0030] (3)在第二透明导电基板b表面旋涂或刮涂NiO前驱液，并进行退火处理后获得表 面涂覆NiO空穴传输薄膜的第二透明导电基板b;
[0031]或将第二透明导电基板b进行加热，并将乙酰丙酮镍溶液喷涂在此基底上后再加 热，获得表面涂覆NiO空穴传输薄膜的第二透明导电基板b;
[0032] (4)在步骤(2)所得的TiO2电子传输层和步骤(3)所得的NiO空穴传输层表面分别 旋涂所述DXZ3前驱体溶液，再进行退火处理，并在TiO2电子传输层和NiO空穴传输层表面分 另IJ制备得到DXZ3层；
[0033] (5)将步骤(4)制备得到的两块DXZ3层底板通过挤压在一起反应，获得半透明钙钛 矿太阳能电池。
[0034] 更进一步地，在步骤(4)中，X选自Pb2+、Sn2+、Ge2+或其混合物，Z选自Cl-、Br-、Γ或其 混合物;D选自Cs+、CH3NH3+、CH(NH2) 2+或其混合物，Z选自Cl-、Br-、I-或其混合物。
[0035] 更进一步地，在步骤(4)中，所述退火处理的工艺参数包括:退火温度为50°C~90 °C ;退火时间为20~60分钟。
[0036] 更进一步地，在步骤(5)中，所述挤压的压力为O.lPa~50Pa，反应时间0.5h~20h。
[0037] 更进一步地，在步骤（5)中，所述挤压的压力为O.lPa~50Pa，反应时间1~120分 钟;所述退火处理工艺中的退火时间为50°C~120°C，退火时间为10分钟~60分钟。
[0038] 更进一步地，在步骤(4)中，所述退火处理工艺中的退火时间为50 °C~120 °C，退火 时间为10分钟~60分钟。
[0039] 更进一步地，在步骤(5)中，所述挤压的压力为O.lPa~50Pa。
[0040] 更进一步地，在步骤(4)中，所述XZ2溶液的浓度为ImoI/mL~2mo 1/mL，所述DZ溶液 的浓度为10mg/mL~90mg/mL。
[0041 ] 更进一步地，在步骤(4)中，所述XZ2溶液的浓度为Imol/mL~2mol/mL。
[0042] 更进一步地，在步骤(4)中，所述DXZ3前驱体溶液为Imol/mL~2mol/mL。
[0043] 本发明采用全无机材料作为电子传输层和空穴传输层制备的钙钛矿太阳能电池 摒弃了有机材料高成本和破坏稳定性的缺点，极大地提高了电池的稳定性。同时，本发明采 用物理挤压法制备钙钛矿太阳能电池，制备工艺极其简单，且钙钛矿薄膜也具有很好的均 匀性。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明提供的半透明钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
[0045] 图2为本发明第一实施例提供的半透明钙钛矿太阳能电池的具体实施步骤示意