本发明属新能源领域，具体涉及一种以钛铌酸与硫化镉复合薄膜作为电子传输层的钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法。
背景技术：
近年来，薄膜太阳能电池因其原料用量少、制备能耗低、产品柔性好等优势，已日益成为太阳能电池领域的研究热点。研究人员相继开发了很多薄膜太阳能电池，其中，钙钛矿薄膜太阳能电池近年来脱颖而出。但由于钙钛矿太阳能电池在大气中极易因为水氧的进入而导致钙钛矿层分解，致使电池的稳定性受到严重影响，所以提高钙钛矿太阳能电池的稳定性已成为急需解决的技术瓶颈。石墨烯是目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最好的一种新型纳米材料，其单原子层厚度约0.34nm，几乎完全透明，杨氏模量1tpa，固有强度130gpa，石墨烯在较宽波长范围内吸收率约为2.3%，导热系数高达5300w/m·k，室温电子迁移率大于15000cm2/v·s，超过硅材料的10倍，电阻率仅为10-6ω·cm，为目前电阻率最小的材料。同时，石墨烯具有超疏水性，其结构非常致密，即使是最小的气体原子也无法穿透，因此石墨烯薄膜具有独特的抗渗性。另外，科研工作者也曾利用硫化镉作为钙钛矿太阳能电池的窗口层材料，硫化镉的禁带宽度为2.4ev，具有优良的光吸收性能，但是硫化镉对光生电子-空穴对的分离效率比较低，光生载流子的复合几率比较大，这极大地降低了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，如何解决这一难题，以期提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已成为一个重要的研究方向。
技术实现要素：
为了解决上述技术瓶颈，提高钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转化效率，本发明提供了一种以钛铌酸与硫化镉复合薄膜作为电子传输层的钙钛矿薄膜太阳能电池及其制备方法，其特征在于，所述太阳能电池的结构从下至上依次为：透明导电衬底、钛铌酸与硫化镉复合薄膜、钙钛矿薄膜、石墨烯薄膜、金属电极。所述透明导电衬底为fto导电玻璃或ito导电玻璃或zto导电玻璃或石墨烯；所述钛铌酸与硫化镉复合薄膜为电子传输层；所述钙钛矿薄膜为吸收层；所述石墨烯薄膜为空穴传输层。所述太阳能电池制备过程包括以下步骤：首先，在透明导电衬底上利用剥离-重堆积与原位共沉淀相结合的方法制得钛铌酸与硫化镉复合薄膜；然后，在钛铌酸与硫化镉复合薄膜上利用溶液-气相沉淀法或一步溶液法或两步连续沉积法或蒸发法沉积钙钛矿薄膜；接着，在钙钛矿薄膜上利用旋涂法或电泳法或化学气相沉淀法沉积石墨烯薄膜；最后，在石墨烯薄膜和透明导电衬底上利用丝网印刷法或蒸镀法分别沉积金属正面和背面电极，即制得所述的钙钛矿薄膜太阳能电池。所述利用剥离-重堆积与原位共沉淀相结合的方法制得钛铌酸与硫化镉复合薄膜，其特征在于，首先，取1g～20g钛铌酸置于锥形瓶中，加入5ml～50ml四丁基氢氧化铵水溶液，摇匀后使浆液的ph值在8.0～11.0之间，接着，在10℃～50℃下连续搅拌72h～120h，得到钛铌酸的剥离液。取2ml～40ml的钛铌酸剥离液和2g～40g的硫脲置于烧瓶中，在油浴300～400k下持续搅拌0.5～1.5h后，加入2g～20g的硝酸镉并逐滴加入浓度为1～3mol/l的氨水至系统的ph值为8.0～11.0。然后，滴入浓度为1.5～3.5mol/l的硝酸溶液，直至溶液的ph值为0.5～2.0，之后陈化10～14h。最后，经离心分离，用乙醇水溶液对产物进行洗涤后，在200～400k下干燥0.5～3h，即制得钛铌酸与硫化镉复合薄膜。本发明的优点在于：一方面，利用钛铌酸与硫化镉复合薄膜中，硫化镉与钛铌酸两组分之间产生的协同促进效应有效地抑制了光生载流子的复合，极大地增加了光电流，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率；另一方面，利用石墨烯良好的电导性和抗渗性，不仅能有效提高载流子的迁移率，而且能有效阻止钙钛矿薄膜被水氧分解，极大地提高了钙钛矿太阳能电池的稳定性。
附图说明
附图1是本发明提供的一种以钛铌酸与硫化镉复合薄膜作为电子传输层的钙钛矿薄膜太阳能电池的层结构示意图。
附图1标号说明：
1—透明导电衬底；
2—钛铌酸与硫化镉复合薄膜；
3—钙钛矿薄膜；
4—石墨烯薄膜；
5—金属电极。
具体实施方式
下面结合附图1和具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明内容不仅限于实施例中所涉及的内容。
本发明按附图1所示结构，它包括从下至上依次分布的透明导电衬底1、钛铌酸与硫化镉复合薄膜2、钙钛矿薄膜3、石墨烯薄膜4、金属电极5。
实施例一：一种以钛铌酸与硫化镉复合薄膜作为电子传输层的钙钛矿薄膜太阳能电池的制备方法，按照以下步骤：
首先，在fto导电玻璃衬底上利用剥离－重堆积与原位共沉淀相结合的方法制得钛铌酸与硫化镉复合薄膜；然后，在钛铌酸与硫化镉复合薄膜上利用一步溶液法或蒸发法沉积钙钛矿薄膜；接着，在钙钛矿薄膜上利用旋涂法沉积石墨烯薄膜；最后，在石墨烯薄膜和透明导电衬底上利用蒸镀法分别沉积金属银正面和背面电极，即制得所述的钙钛矿薄膜太阳能电池。
实施例二：首先，在ito导电玻璃衬底上利用剥离－重堆积与原位共沉淀相结合的方法制得钛铌酸与硫化镉复合薄膜；然后，在钛铌酸与硫化镉复合薄膜上利用两步连续沉积法沉积钙钛矿薄膜；接着，在钙钛矿薄膜上利用电泳法沉积石墨烯薄膜；最后，在石墨烯薄膜和ito导电玻璃衬底上利用丝网印刷法分别沉积金属铝正面和背面电极，即制得所需要的钙钛矿薄膜太阳能电池。
实施例三：首先，在zto导电玻璃衬底上利用剥离－重堆积与原位共沉淀相结合的方法制得钛铌酸与硫化镉复合薄膜；然后，在钛铌酸与硫化镉复合薄膜上利用溶液-气相沉淀法制备钙钛矿薄膜；接着，在钙钛矿薄膜上利用化学气相沉淀法制备石墨烯薄膜；最后，在石墨烯薄膜和zto导电玻璃衬底上利用丝网印刷法分别制备金属铝正面和背面电极，即制得所需要的钙钛矿薄膜太阳能电池。