一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳能电池，尤其涉及一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿(perovskite)是一种矿物名称，最早在1839年被rose发现于俄罗斯的矿石中，并以俄罗斯地质学家列夫·佩罗夫斯基(lev perovski)的名字命名，其化学组成为catio3，因此而得名钙钛矿。狭义的钙钛矿即指钛酸钙矿物本身，而广义的钙钛矿则指具有钙钛矿结构类型的abx3(x为卤素元素氯、溴或碘)型化合物，现在钙钛矿通常是指具有钙钛矿结构的化合物。铅卤钙钛矿就是一类典型的钙钛矿化合物的统称，由于自身存在的诸多优异性质，使得铅卤钙钛矿在21世纪的科学研究中广受关注。

2、在各国科学家的不懈努力下，截至2022年9月底，实验室制备的小面积单结钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已经达到25.7％，用十多年的时间走过了晶硅电池六十年的效率提升之路，基于钙钛矿的新一代太阳能电池正展现出光明的应用前景。但高效钙钛矿太阳能电池中使用的铅碘钙钛矿存在结构不稳定(容易发生相变)和在水氧环境下容易分解等问题，一定程度上制约了基于铅碘钙钛矿太阳能电池的大规模商业化应用。

3、在三维铅卤钙钛矿中，最稳定的是卤素元素为溴元素的铅溴钙钛矿，但铅溴钙钛矿带隙较大，使得其相对于铅碘钙钛矿对太阳光谱吸收范围更窄，光谱利用率较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池具有较高的光电转换效率。

2、本发明提供了一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池，包括依次设置的基底、空穴传输层、三维cspbbr3钙钛矿、层状二维过渡金属硫化物、电子传输层和电极。

3、在本发明中，所述层状二维过渡金属硫化物选自ws2或mos2。

4、在本发明中，所述空穴传输层选自niox、cuscn、cuox或cui。

5、在本发明中，所述三维cspbbr3钙钛矿的厚度为300～500nm；

6、所述层状二维过渡金属硫化物的厚度为0.7～7nm。

7、在本发明中，所述电子传输层选自tio2、sno2、富勒烯或富勒烯衍生物中的一种或多种；

8、所述电极选自金、银、铜、石墨或无定形碳。

9、本发明提供了一种上述技术方案所述基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

10、在基底上沉积空穴传输层；

11、在所述空穴传输层上沉积三维cspbbr3钙钛矿；

12、在所述三维cspbbr3钙钛矿层上堆叠层状二维过渡金属硫化物；

13、在所述层状过渡金属硫化物上沉积电子传输层；

14、在所述电子传输层上沉积电极。

15、本发明提供了一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池，包括依次设置的基底、空穴传输层、三维cspbbr3钙钛矿、层状二维过渡金属硫化物、电子传输层和电极。本发明将层状二维过渡金属硫化物堆叠到三维cspbbr3钙钛矿表面，原子层级平整的层状二维材料能有效隔绝水氧对钙钛矿层的破坏，且单层过渡金属硫化物，如mos2光学带隙大约为1.88ev，能有效吸收太阳光谱中700nm以下的短波部分，提高器件对太阳光谱的利用率；同时二维过渡金属硫化物材料，如mos2等对三维cspbbr3钙钛矿中电子的快速提取可以增强电子从钙钛矿层到电子传输层的传输性能，且二维过渡金属硫化物材料，如mos2中的空穴能有效被钙钛矿层提取并传输至空穴传输层，进一步提升器件的电流密度，从而制备得到高效稳定的cspbbr3钙钛矿太阳能电池。

技术特征：

1.一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池，包括依次设置的基底、空穴传输层、三维cspbbr3钙钛矿、层状二维过渡金属硫化物、电子传输层和电极。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述层状二维过渡金属硫化物选自ws2或mos2。

3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层选自niox、cuscn、cuox或cui。

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cspbbr3钙钛矿的厚度为300～500nm；

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层选自tio2、sno2、富勒烯或富勒烯衍生物中的一种或多种；

6.一种权利要求1～5任一项所述基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供一种基于层状二维材料与三维铯铅溴钙钛矿的太阳能电池及其制备方法，包括依次设置的基底、空穴传输层、三维CsPbBr3钙钛矿、层状二维过渡金属硫化物、电子传输层和电极。本发明将层状二维过渡金属硫化物堆叠到三维CsPbBr3钙钛矿表面，原子层级平整的层状二维材料有效隔绝水氧对钙钛矿层的破坏；过渡金属硫化物能有效吸收700nm以下的短波部分，提高器件对太阳光谱的利用率；二维过渡金属硫化物材料对三维CsPbBr3钙钛矿中电子的快速提取能增强电子从钙钛矿层到电子传输层的传输性能；二维过渡金属硫化物材料中的空穴能有效被钙钛矿层提取并传输至空穴传输层，进一步提升器件电流密度。

技术研发人员：张迟,李卫东,赵志国,赵东明
受保护的技术使用者：华能新能源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14