钙钛矿太阳能电池及其制备方法、多结太阳能电池与流程

本申请涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、多结太阳能电池。

背景技术：

1、近年来，由于溶液法简单可控的制备特性，钙钛矿太阳能电池经过10年的研究，已经实现了25.7％的光电转换效率。钙钛矿材料具有特殊的abx3晶体结构，其中a为甲脒(fa+)，甲胺(ma+)等有机阳离子，或铯(cs+)等无机阳离子；b为铅(pb2+)、锡(sn2+)等正二价金属离子；x为碘(i–)、溴(br–)、氯(cl–)等卤素离子。由于钙钛矿材料组分的可调性，钙钛矿材料适合作为叠层电池中的顶电池。基于钙钛矿吸光材料的钙钛矿/硅叠层太阳能电池的光电转换效率已经实现了29.8％，成为当前光伏领域的研究热点。然而在宽带隙钙钛矿吸光层中，由于i–、br–等离子的离子迁移激活能较低，在光照的条件下容易发生迁移，形成富碘和富溴相，这称为相分离现象。相分离现象严重影响了相应太阳能电池器件的光电性能和长期稳定性。

2、如何有效抑制钙钛矿薄膜相分离，制备光照稳定的钙钛矿/硅叠层太阳能电池是目前钙钛矿产业化面临的问题之一。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、多结太阳能电池，通过应力调控策略，抑制钙钛矿薄膜中的相分离现象，从而提升相应钙钛矿电池及其叠层太阳能电池的光电转换效率以及工作稳定性。

2、为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，所述钙钛矿吸光层的上界面形成有应力调控层，所述应力调控层包括应力调控材料，用于降低所述钙钛矿吸光层内部的拉应力或者将所述钙钛矿吸光层内的拉应力转变为压应力；或者，所述钙钛矿吸光层掺杂有应力调控材料，所述应力调控材料用于降低所述钙钛矿吸光层内部的拉应力或者使所述钙钛矿吸光层内部的拉应力转变为压应力。

4、其中可选地，所述应力调控材料的热膨胀系数大于所述钙钛矿吸光层的热膨胀系数。

5、其中可选地，所述应力调控材料的分子长度大于所述钙钛矿吸光层中阳离子的半径。

6、其中可选地，所述应力调控材料包括下述中一项或多项：三磷酸腺苷、三磷酸鸟苷和腺苷酰亚胺二磷酸。

7、其中优选地，所述应力调控材料为三磷酸腺苷。

8、其中可选地，当所述钙钛矿吸光层掺杂有应力调控材料时，所述应力调控材料与所述钙钛矿吸光层中b位金属离子的摩尔比为：0.0005：1～0.002:1。

9、其中可选地，所述应力调控层的厚度为50～100nm。

10、其中可选地，所述钙钛矿吸光层带隙1.5～1.8ev。

11、本发明的实施例还提供一种多结太阳能电池，包括上述任一项所述的钙钛矿太阳能电池作为子电池。

12、其中可选地，所述多结太阳能电池为晶硅/钙钛矿叠层电池。

13、本发明的实施例还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，在形成钙钛矿吸光层之后，所述制备方法还包括：在所述钙钛矿吸光层的上界面形成应力调控层，所述应力调控层用于降低所述钙钛矿吸光层内部的拉应力或者将所述拉应力转变为压应力。

14、其中可选地，所述应力调控层的制备材料包括应力调控材料，所述应力调控材料包括三磷酸腺苷；在所述钙钛矿吸光层的上界面形成应力调控层，包括：将所述三磷酸腺苷溶于异丙醇溶液中，涂覆于所述钙钛矿吸光层的上界面。

15、其中可选地，所述三磷酸腺苷在异丙醇溶液中的含量与所述钙钛矿吸光层中b位金属离子的摩尔分数比为0.0005：1～0.002:1。

16、本发明的实施例还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，制备钙钛矿吸光层时，通过下述方式中的至少一种将所述应力调控材料掺入到所述钙钛矿吸光层内：在制备所述钙钛矿吸光层的前驱体溶液中掺杂所述应力调控材料；或者，制备所述钙钛矿吸光层时将钙钛矿材料与所述应力调控材料共蒸，或者将所述应力调控材料添加到反溶剂中，并涂覆到所述钙钛矿吸光层。

17、其中可选地，所述应力调控材料与钙钛矿薄膜中b位金属离子的摩尔分数比为0.0005：1～0.002:1。

18、其中可选地，采用下述方法制备所述钙钛矿吸光层，具体包括：

19、制备有机无机混合的钙钛矿前驱体溶液，将所述应力调控材料添加到所述钙钛矿前驱体溶液中，搅拌4-7小时；将所得溶液制备成钙钛矿薄膜层，然后85～135摄氏度退火20-45分钟，得到掺杂有所述应力调控材料的钙钛矿吸光层。

20、其中可选地，采用两步法制备所述钙钛矿吸光层，具体包括：制备钙钛矿的无机组分的前驱体溶液，将所述应力调控材料添加到该无机组分的前驱体溶液中，70～100摄氏度搅拌4-7小时；将所得溶液通过旋涂、刮涂、喷涂等涂布方式形成薄膜层，然后退火，得到无机前驱体薄膜；制备钙钛矿有机组分的前驱体溶液，室温搅拌1-4小时，然后涂覆于上一步骤得到的所述无机前驱体薄膜上；135～160摄氏度退火10-25分钟，得到掺杂有应力调控材料的钙钛矿吸光层；或者，

21、制备钙钛矿得无机组分的前驱体溶液，70～100摄氏度搅拌4-7小时；

22、将所得溶液通过旋涂、刮涂、喷涂等涂布方式形成薄膜层，然后退火，得到无机前驱体薄膜；制备钙钛矿有机组分的前驱体溶液，将所述应力调控材料添加到该有机组分的前驱体溶液中，室温搅拌1-4小时，然后涂覆上一步骤得到的所述无机前驱体薄膜上；135～160摄氏度退火10-25分钟，得到掺杂有应力调控材料的钙钛矿吸光层。

23、本申请提供的钙钛矿太阳能电池及其制备方法、多结电池，在钙钛矿吸光层上界面形成包括应力调控材料的应力调控层，或者直接在钙钛矿吸光层掺杂应力调控材料，所述应力调控层(或者掺杂于钙钛矿吸光层的应力调控材料)可以使钙钛矿吸光层内部的拉应力转变为压应力，抑制钙钛矿薄膜中相分离的现象，从而制备出光照稳定的钙钛矿薄膜。基于钙钛矿正式结构的钙钛矿/硅叠层太阳能电池光电转化效率达到26.95％。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿吸光层，其特征在于，所述钙钛矿吸光层的上界面形成有应力调控层，所述应力调控层包括应力调控材料，用于降低所述钙钛矿吸光层内部的拉应力或者将所述钙钛矿吸光层内的拉应力转变为压应力；或者，

2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述应力调控材料的热膨胀系数大于所述钙钛矿吸光层的热膨胀系数。

3.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述应力调控材料的分子长度大于所述钙钛矿吸光层中阳离子的半径。

4.如权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述应力调控材料包括下述中一项或多项：三磷酸腺苷、三磷酸鸟苷和腺苷酰亚胺二磷酸；所述应力调控材料优选为三磷酸腺苷。

5.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，当所述钙钛矿吸光层掺杂有应力调控材料时，所述应力调控材料与所述钙钛矿吸光层中b位金属离子的摩尔比为：0.0005：1～0.002:1。

6.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述应力调控层的厚度为50～100nm。

7.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层带隙宽度1.5～1.8ev。

8.一种多结太阳能电池，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的钙钛矿太阳能电池作为子电池。

9.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，在形成钙钛矿吸光层之后，所述制备方法还包括：在所述钙钛矿吸光层的上界面形成应力调控层，所述应力调控层用于降低所述钙钛矿吸光层内部的拉应力或者将所述拉应力转变为压应力。

10.如权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述应力调控层的制备材料包括应力调控材料，所述应力调控材料包括三磷酸腺苷；所述在所述钙钛矿吸光层的上界面形成应力调控层，具体包括：

11.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，制备钙钛矿吸光层时，通过下述方式中的至少一种将应力调控材料掺入到所述钙钛矿吸光层内：

12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，采用如下方法制备所述钙钛矿吸光层，具体包括：

13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，采用两步法制备所述钙钛矿吸光层，具体包括：

技术总结
本发明提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法、多结太阳能电池，涉及太阳能电池领域，通过应力调控策略，抑制钙钛矿薄膜中的相分离现象，从而提升相应钙钛矿电池及其叠层太阳能电池的光电转换效率以及工作稳定性。可以解决宽带隙钙钛矿光照后会发生相分离，导致器件开路电压下降，严重影响器件稳定性的问题。本发明将应力调控材料旋涂于钙钛矿吸光层上界面，或者直接掺入钙钛矿吸光层，能将对薄膜性能不利的拉应力翻转成压应力，从而抑制光照导致的相分离，提高钙钛矿/硅叠层器件的光照稳定性以及器件光电性能。

技术研发人员：陈棋,陈怡华,王丽娜
受保护的技术使用者：北京曜能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/12