钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件与流程

本发明涉及太阳能电池，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池的原理是利用钙钛矿层作为光敏层，当能量大于钙钛矿禁带宽度的光子入射钙钛矿太阳能电池时，钙钛矿吸光材料受光激发产生激子，激子在材料内部和界面处分离形成导带电子和价带空穴；随后，电子和空穴分别注入到电子传输材料的导带和空穴传输材料的最高占有分子轨道(homo)；最后，注入到电子传输材料导带的电子被导电基底收集后传向外电路，空穴传输层中的空穴经金属电极流向外电路，从而形成一个完整的循环。由此可见，钙钛矿薄膜的结晶质量，各功能层之间的能级匹配度、功能层的物理特性等决定着最终钙钛矿太阳能电池器件的性能。

2、目前钙钛矿太阳能电池器件结构中的钙钛矿薄膜高温退火和快速结晶过程中不可避免的产生大量缺陷，主要分布在钙钛矿多晶薄膜的表面和界面，而钙钛矿层与传输层的界面对钙钛矿太阳能电池的光伏性能起着重要的作用，影响着光生载流子的注入、传输与复合。界面的缺陷态会成为激子的复合中心，影响器件的效率以及器件的稳定性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的问题，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、太阳能电池组件，该钙钛矿太阳能电池能优化钙钛矿层的界面，提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

2、本发明的第一方面是提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第二电极，所述钙钛矿吸收层包括依次设置第一钙钛矿吸收层、第二钙钛矿吸收层和第三钙钛矿吸收层，所述第二钙钛矿吸收层的材料不同于所述第一钙钛矿吸收层和所述第三钙钛矿吸收层的材料。

3、优选地，所述第一钙钛矿吸收层的厚度为10-30nm。

4、优选地，所述第二钙钛矿吸收层的厚度为400-600nm。

5、优选地，所述第三钙钛矿吸收层的厚度为10-30nm。

6、优选地，根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二钙钛矿吸收层的材料包括无机钙钛矿、三维有机-无机杂化钙钛矿中的至少一种；所述无机钙钛矿包括csyx3；所述三维有机-无机杂化钙钛矿包括mayx3、fayx3、csyfaxma1-x-yyx3、faxma1-xyx3、faxcs1-xyx3中的至少一种；所述ma为甲铵；所述fa为甲脒；所述y为pb2+或sn2+；所述x包括cl、br、i中的至少一种。

7、优选地，所述第一钙钛矿层和所述第三钙钛矿层各自独立包括二维有机-无机杂化钙钛矿，所述二维有机-无机杂化钙钛矿为b’byx3，其中，所述b’为长链脂肪胺有机阳离子或芳香胺有机阳离子，，所述b为甲胺或甲脒阳离子，所述y为pb2+或sn2+；所述x包括cl、br、i中的至少一种。

8、优选地，所述第一电极的材料包括透明导电玻璃、金、银、铝、铂、铜、碳中的至少一种；所述透明导电玻璃包括fto、ito、azo中的至少一种。

9、优选地，所述第二电极的材料包括透明导电玻璃、金、银、铝、铂、铜、碳中的至少一种；所述透明导电玻璃包括fto、ito、azo中的至少一种。

10、优选地，所述电子传输层的厚度为10-50nm，所述电子传输层的材料包括sno2、zno、tio2、富勒烯、富勒烯衍生物、zn2sno4、mgxzn1-xo、wox、ceox、in2o3、nb2o5、tis2、in2s3和znse中的至少一种。

11、优选地，所述空穴传输层的厚度为100-150nm；所述空穴传输层的材料包括无机材料和/或有机材料；所述无机材料包括金属氧化物，所述有机材料包括spiro-ometad、pedot:pss、ptaa、聚对苯撑乙烯类、聚噻吩类、聚硅烷类、三苯甲烷类、三芳胺类、腙类、吡唑啉类、嚼唑类、咔唑类、丁二烯类中的至少一种。

12、本发明的第二方面是提供一种前述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下操作步骤：

13、在所述第一电极上制备电子传输层；

14、在所述电子传输层表面制备钙钛矿吸收层，所述钙钛矿吸收层包括依次设置第一钙钛矿吸收层、第二钙钛矿吸收层和第三钙钛矿吸收层，所述第二钙钛矿吸收层的材料不同于所述第一钙钛矿吸收层和所述第三钙钛矿吸收层的材料；

15、在所述钙钛矿吸收层的表面制备空穴传输层；

16、在所述空穴传输层表面制备第二电极，获得钙钛矿太阳能电池。

17、本发明的第三方面是提供一种太阳能电池组件，包括前述的钙钛矿太阳能电池。

18、本发明通过设置第二钙钛矿吸收层的材料不同于述第一钙钛矿吸收层和/或第三钙钛矿吸收层的材料，获得合适的能级匹配，钝化第二钙钛矿吸收层的界面缺陷，抑制了载流子的非辐射复合和钙钛矿降解，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括依次设置的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第二电极，所述钙钛矿吸收层包括依次设置第一钙钛矿吸收层、第二钙钛矿吸收层和第三钙钛矿吸收层，所述第二钙钛矿吸收层的材料不同于所述第一钙钛矿吸收层和所述第三钙钛矿吸收层的材料。

2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一钙钛矿吸收层的厚度为10-30nm。

3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二钙钛矿吸收层的厚度为400-600nm。

4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第三钙钛矿吸收层的厚度为10-30nm。

5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二钙钛矿吸收层的材料包括无机钙钛矿、三维有机-无机杂化钙钛矿中的至少一种；

6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一钙钛矿层和所述第三钙钛矿层各自独立包括二维有机-无机杂化钙钛矿，所述二维有机-无机杂化钙钛矿为b’byx3，其中，所述b’为长链脂肪胺有机阳离子或芳香胺有机阳离子， 所述b为甲胺或甲脒阳离子，所述y为pb2+或sn2+；所述x包括cl、br、i中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极的材料包括透明导电玻璃、金、银、铝、铂、铜、碳中的至少一种；

8.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二电极的材料包括透明导电玻璃、金、银、铝、铂、铜、碳中的至少一种；

9.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层的厚度为10-50nm，所述电子传输层的材料包括sno2、zno、tio2、富勒烯、富勒烯衍生物、zn2sno4、mgxzn1-xo、wox、ceox、in2o3、nb2o5、tis2、in2s3和znse中的至少一种。

10.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层的厚度为100-150nm；

11.如权利要求1-10任意一项所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下操作步骤：

12.一种太阳能电池组件，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的钙钛矿太阳能电池。

技术总结
本发明提供一种钙钛矿太阳能电池，包括依次设置的第一电极、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和第二电极，所述钙钛矿吸收层包括依次设置第一钙钛矿吸收层、第二钙钛矿吸收层和第三钙钛矿吸收层，所述第二钙钛矿吸收层的材料不同于所述第一钙钛矿吸收层和所述第三钙钛矿吸收层的材料。该电池的层结构能优化钙钛矿吸收层的界面，各层能级匹配，提高了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

技术研发人员：王璐璐,郑艾彬,周长著,向昱任,孙翔
受保护的技术使用者：比亚迪股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19