本申请涉及太阳能电池,具体涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术:
1、用于清洁和可再生能源的太阳能电池的发展受到了电力均等化成本(lcoe)降低的推动。提高太阳能电池板的功率转换效率(pce)不仅可以产生更多的电力,还可以降低相关成本,如运输、安装、土地使用等,有助于降低lcoe。硅基太阳能电池以平均20%左右的pce占据了地面太阳能电池板市场,创纪录的电池效率已经接近单结太阳能电池的shockley-quiesser(s-q)极限,基于铜铟镓硒化(cigs)和碲化镉(cdte)的薄膜太阳能电池在过去20年里也得到了快速发展。但是,由于热载流子的带隙以下吸收损耗和热弛豫损耗,单结太阳能电池的pce不能超过s-q极限。将低成本、高效率的宽带隙顶部太阳能电池与低带隙(如si、cigs、cdte等)底部太阳能电池集成形成串联太阳能电池,串联式太阳能电池比单结太阳能电池效率更高,因为它能更好地利用太阳光光谱中的短波光子的能量。由高带隙半导体组成的顶部电池在高电压下从太阳光谱的短波部分产生光电流。较长波长的光,超过顶部电池的带隙,被传输到由具有宽吸收系数的低带隙半导体组成的底层电池。串联电池的效率潜力使其成为未来几十年持续大幅降低光伏组件价格的最有可能的候选者。但是传统方法制备的钙钛矿电池,钙钛矿通常采用的是三维钙钛矿,而三维钙钛矿受空气中水分和氧气的影响,极易发生分解,导致太阳能电池的稳定性较差。现有技术中,可以通过在三维钙钛矿层上形成二维钙钛矿层,以起到钝化作用。然而,二维相分布在三维钙钛矿层的表面,导致电子传输困难,钝化作用不显著,水气阻隔作用较弱,整体器件性能低下。
技术实现思路
1、针对上述问题,本申请提出了一种太阳能电池,该太阳能电池具有二维三维体相混合钙钛矿吸收层,在该层中二维钙钛矿均匀分散于所述三维钙钛矿中,二维钙钛矿可以更好地钝化三维钙钛矿晶界处的缺陷,获得增强的水气阻隔能力和电子传输效率,从而提高太阳能电池的稳定性以及电池性能。
2、本申请提供一种太阳能电池,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;
3、所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中具二维钙钛矿和三维钙钛矿,所述二维钙钛矿均匀分散于所述三维钙钛矿中。
4、进一步地,所述二维钙钛矿与所述三维钙钛矿的质量比为1:(2-9)。
5、进一步地,所述二维钙钛矿的晶粒尺寸分布在80-150nm的占比为90%以上。
6、进一步地,所述三维钙钛矿的晶粒尺寸分布在500-800nm的占比为90%以上。
7、进一步地,所述基底为硅基电池或玻璃基底。
8、本申请提供一种太阳电池的制备方法,包括如下步骤:
9、制备基底;
10、在所述基底的一侧形成第一载流子传输层;
11、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;
12、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;
13、所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层中具二维钙钛矿和三维钙钛矿,所述二维钙钛矿均匀分散于所述三维钙钛矿中。
14、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:
15、配制三维钙钛矿前驱液;
16、在所述三维钙钛矿前驱液中添加有机胺和氢卤酸,混合均匀得到混合液;
17、将所述混合液施加至所述第一载流子传输层背离所述基底的一侧表面,,从而形成所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层。
18、进一步地,所述施加为旋涂,并且在旋涂结束前在涂有混合液的表面上滴加反溶剂,从而形成所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层。
19、进一步地,所述有机胺和氢卤酸的混合液与所述钙钛矿前驱液的体积比为1:(45-65),优选到1:(48-52)。
20、进一步地,所述氢卤酸与所述有机胺的体积比为(0.7-1.2:1),优选为(0.9-1.1):1。
21、进一步地,所述氢卤酸选自氢碘酸、氢溴酸或盐酸中的一种。
22、进一步地,所述有机胺选自所述有机胺选自苄基胺、y-氟苄基胺、苯乙基胺、y-氟苯乙基胺、正丁胺、异丁胺、卤丁基胺、卤丙基胺或1-萘胺中的一种。
23、进一步地,所述钙钛矿前驱液为三元钙钛矿前驱液。
24、进一步地,制备得到的太阳能电池为前述的太阳能电池。
25、本申请提供的太阳能电池,该太阳能电池中的二维三维体相混合钙钛矿吸收层具有二维钙钛矿和三维钙钛矿,且二维钙钛矿均匀分散于所述三维钙钛矿中,申请人发现,采用这样的设计二维钙钛矿可以更好地钝化三维钙钛矿晶界处的缺陷,获得增强的水气阻隔能力和电子传输效率,从而提高太阳能电池的稳定性以及电池性能。
26、本申请提供的太阳能电池的制备方法,通过将氢卤酸和有机胺掺入三维钙钛矿前驱体溶液中,申请人发现,采用这样的设计在三维钙钛矿前驱体溶液中形成了二维钙钛矿,而且二维钙钛矿可以均匀的分布在三维钙钛矿薄膜中,起到钝化三维钙钛矿晶界的作用,同时还解决了现有技术中有机胺盐制备工艺复杂,纯度低等问题。
1.一种太阳能电池,其特征在于,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;
2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述二维钙钛矿与所述三维钙钛矿的质量比为1:(2-9)。
3.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述二维钙钛矿的晶粒尺寸分布在80-150nm的占比为90%以上。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述三维钙钛矿的晶粒尺寸分布在500-800nm的占比为90%以上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能电池,其特征在于,所述基底为硅基电池或玻璃基底。
6.一种太阳电池的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层通过如下方法形成:
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述施加为旋涂,并且在旋涂结束前在涂有混合液的表面上滴加反溶剂,从而形成所述二维三维体相混合钙钛矿吸收层。
9.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述有机胺和氢卤酸的混合液与所述钙钛矿前驱液的体积比为1:(45-65),优选到1:(48-52)。
10.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述氢卤酸与所述有机胺的体积比为(0.7-1.2):1,优选为(0.9-1.1):1。
11.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述氢卤酸选自氢碘酸、氢溴酸或盐酸中的一种。
12.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述有机胺选自苄基胺、y-氟苄基胺、苯乙基胺、y-氟苯乙基胺、正丁胺、异丁胺、卤丁基胺、卤丙基胺或1-萘胺中的一种。
13.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述钙钛矿前驱液为三元钙钛矿前驱液。
14.根据权利要求7-13任一项所述的制备方法,其特征在于,制备得到的太阳能电池为权利要求1-6任一项所述的太阳能电池。