一种二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本技术涉及太阳能电池，具体涉及一种二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿电池/硅基异质结两端叠层电池实现光谱分配吸收，可获得30％(＞硅电池极限效率29.4％)以上的光电转换效率，被认为是未来低成本高效太阳电池的主流产品。要实现钙钛矿/硅叠层电池器件的长期稳定工作，其中钙钛矿电池的长期稳定性至关重要。钙钛矿电池的工作不稳定性主要有两个原因：钙钛矿电池中钙钛矿层易受水氧热侵蚀而诱导钙钛矿结构解构，导致长期工作稳定性恶化；钙钛矿层中卤素离子(i，br，cl)和金属离子(pb、sn等)会因为钙钛矿层的缺陷和器件内部电场原因产生离子迁移现象，造成钙钛矿层中的组分失配和电极腐蚀，最终恶化钙钛矿电池的长期工作稳定性能。

技术实现思路

1、针对上述问题，本技术提出了一种二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池，在所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中，引入二维钙钛矿籽晶，不仅钝化了三维钙钛矿晶界以及表面的缺陷、提升载流子界面分离效率，抑制了离子迁移，同时提高其环境湿度和热稳定性目的，最终实现提升钙钛矿/硅叠层器件性能并提高其长期工作稳定性的需求。

2、本技术的技术方案如下：

3、本技术提供一种二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池，包括基底，在所述基底的一侧表面具有依次层叠设置的第一载流子传输层、二维三维体相混合钙钛矿吸收层以及第二载流子传输层；

4、所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中具二维钙钛矿籽晶和三维钙钛矿，所述二维钙钛矿籽晶位于所述三维钙钛矿的晶界以及三维钙钛矿的表面。

5、进一步地，所述二维钙钛矿籽晶的粒度分布为20nm-200nm。

6、进一步地，在所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中，所述二维钙钛矿籽晶的含量为0.1％-5％；

7、所述三维钙钛矿的含量为95％-99.9％；或

8、所述二维钙钛矿籽晶的粒度分布在140-170nm的占比为90％以上。

9、进一步地，所述基底具有绒面结构，所述第一载流子传输层、二维三维体相混合钙钛矿吸收层以及第二载流子传输层均与所述基底的绒面结构共形。

10、进一步地，所述绒面结构随机或规整的分布在所述基底的至少一个表面上；

11、构成所述绒面结构基础形状选自柱状、锥状、台状、弧形槽或弧形凸起中的一种或两种以上。

12、进一步地，所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层的厚度为350-700nm。

13、进一步地，所述基底为硅基电池。

14、本技术提供一种二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

15、提供基底；

16、在所述基底的表面上形成第一载流子传输层；

17、在所述第一载流子传输层背离所述基底的一侧表面形成二维三维体相混合钙钛矿吸收层；

18、在所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层背离所述第一载流子传输层的一侧表面形成第二载流子传输层；

19、所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中具二维钙钛矿籽晶和三维钙钛矿，所述二维钙钛矿籽晶位于所述三维钙钛矿的晶界处。

20、进一步地，所述二维钙钛矿籽晶的粒度分布为20nm-200nm。

21、进一步地，所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层通过如下方法形成：

22、在所述第一载流子传输层背离所述基底的一侧表面形成包含有卤化铅的混合层；

23、在所述混合层背离所述第一载流子传输层的一侧表面上形成二维钙钛矿籽晶；

24、在所述混合层具有二维钙钛矿籽晶的一侧表面上旋涂三维钙钛矿前驱液，所述三维钙钛矿前驱液与混合层反应，从而获得二维三维体相混合钙钛矿吸收层。

25、进一步地，采用双源共蒸法或气相沉积法在所述第一载流子传输层背离所述基底的一侧表面形成包含有卤化铅的混合层。

26、进一步地，所述混合层的厚度为200-500nm，

27、在所述混合层中，所述卤化铅的含量为95％-99％。

28、进一步地，将有机胺盐加入钙钛矿反溶剂与异丙醇形成的混合溶剂中，形成混合液一，将所述混合液一旋涂在所述混合层背离所述基底的一侧表面上，所述混合液一与所述混合层反应生成二维钙钛矿籽晶。

29、进一步地，在所述混合液一中，所述有机胺盐的摩尔浓度为0.05mm～0.7mm，或

30、所述钙钛矿反溶剂与异丙醇的体积比(1.5-9):1。

31、进一步地，所述钙钛矿反溶剂为乙醚、氯苯、乙酸乙酯以及苯甲脒中的至少一种。

32、进一步地，所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层通过如下方法形成：

33、在所述第一载流子传输层背离所述基底的一侧表面形成二维钙钛矿籽晶；

34、在所述第一载流子传输层具有二维钙钛矿籽晶的一侧表面上，形成包含有卤化铅的混合层；

35、在所述混合层背离所述第一载流子传输层的一侧表面上旋涂三维钙钛矿前驱液，所述三维钙钛矿前驱液与混合层反应，从而获得二维三维体相混合钙钛矿吸收层。

36、进一步地，所述二维钙钛矿籽晶是通过如下步骤制备得到：

37、将有机胺盐与卤化铅混合，形成二维钙钛矿前驱体，然后在所述二维钙钛矿前驱体中加入由钙钛矿反溶剂与dmf形成的混合溶剂，形成混合液二，将所述混合液二旋涂在所述第一载流子传输层背离所述基底的一侧表面上，从而在所述第一载流子传输层的该侧表面形成二维钙钛矿籽晶。

38、进一步地，在所述混合液二中，所述二维钙钛矿前驱体的摩尔浓度为0.05mm～0.4mm，或

39、所述钙钛矿反溶剂与dmf的体积比(1.5-9):1。

40、进一步地，所述有机胺盐选自苄基铵氢卤酸盐、y-氟苄基铵氢卤酸盐、苯乙基铵氢卤酸盐、y-氟苯乙基铵氢卤酸盐、正丁胺氢卤酸盐、异丁胺氢卤酸盐、卤丁基铵氢卤酸盐、卤丙基铵氢卤酸盐或1-萘胺氢卤酸盐中的至少一种。

41、进一步地，所述钙钛矿反溶剂为四氢呋喃、乙腈、二甲氧基乙醇中的至少一种。

42、进一步地，采用双源共蒸法或气相沉积法在所述第一载流子传输层具有二维钙钛矿籽晶的一侧表面上，形成包覆所述二维钙钛矿籽晶的含卤化铅的混合层。

43、进一步地，所述混合层的厚度为200-500nm；

44、在所述混合层中，所述卤化铅的含量为95％-99％。

45、进一步地，所述方法制备的二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池为前述的二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池。

46、本技术提供的二维三维体相混合钙钛矿太阳能电池，由于所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中具二维钙钛矿籽晶和三维钙钛矿，且部分二维钙钛矿籽晶位于三维钙钛矿的上下界面，部分二维钙钛矿籽晶留在三维钙钛矿体相晶粒与晶粒之间的晶界处，所述二维钙钛矿籽晶的引入既钝化了三维钙钛矿晶界缺陷、提升载流子界面分离效率，抑制了离子迁移，同时提高其环境湿度和热稳定性目的，最终实现提升钙钛矿/硅叠层器件性能并提高其长期工作稳定性的需求。

47、本技术提供的制备方法，采用两种方式三个步骤将二维钙钛矿引入三维钙钛矿中，诱导三维钙钛矿定向结晶并形成二维三维体相混合钙钛矿吸收层，解决了钙钛矿/硅绒面叠层电池中钙钛矿层的缺陷钝化问题。