一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及钙钛矿太阳能电池

本技术涉及薄膜太阳能电池材料制备领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池的制备方法及钙钛矿太阳能电池。

背景技术：

1、全球变暖以及能源危机是人类亟待解决的问题，可再生能源，特别是太阳能的开发成为当前能源产业的发展趋势。太阳能电池经过多年的不断优化，已经发展到以有机、染料敏化和钙钛矿为主的第三代新型薄膜太阳电池，其中钙钛矿太阳电池(pscs)具有成本低廉、工艺简单、易于在柔性衬底上制备等特点，已经成为了光伏器件领域研究的热点，被认为是最具潜力的光伏技术之一。2023年5月，中科院半导体所研发的小尺寸pscs光电转换效率达到26％，创造了新的世界纪录，2023年3月韩国化学技术研究院成功制备出活性面积超过209cm2，光电转换效率达到19.91％的大面积高效率钙钛矿电池模组。

2、按照光的传播路径，目前的pscs结构可以分为正式(n-i-p)和反式(p-i-n),虽然正式pscs的效率略高，但是反式pscs的迟滞效应更小，备受研究人员关注。反式pscs的典型结构为：正极、空穴传输层(htl)、钙钛矿吸收层、电子传输层、负极。空穴传输层(htl)的主要作用是提取钙钛矿层由光激发而产生的空穴并将其传输至电极，其能级需要与钙钛矿层以及电极的能级相匹配，以便空穴被电极收集，同时抑制电子与空穴复合从而降低电极和钙钛矿层界面上的能量损失。优秀的空穴传输材料需要具有良好的空穴传输性、稳定性、制备工艺简单以及较好的透光性等特点。htl对钙钛矿晶体生长、器件稳定性和成本有重要影响，因此，通过不断调控空穴传输材料对钙钛矿层的影响，可有效提高倒置器件的稳定性和光电转换效率。

3、常见的空穴传输材料有聚苯乙烯磺酸盐(pedot:pss)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](ptaa)、聚[3-(4-羧酸丁基)]噻吩(p3ct)、氧化镍等。

4、pedot:pss具有高导电性高透光率等优点，但是pedot:pss本身有很强的吸湿性，使得pscs的稳定性较差；ptaa可以实现低温制备，但其价格大约是黄金的50倍，并不利于大规模商业化推广；p3ct存在共轭聚电解质本身容易团聚等缺点，影响了空穴传输层的成膜质量和钙钛矿的结晶，导致器件性能较差。

技术实现思路

1、鉴于此，有必要针对现有技术存在的空穴传输层的成膜质量和钙钛矿的结晶，导致器件性能较差的提供一种可提高空穴浓度和透光率，更有利于制备高效率的钙钛矿太阳能电池。

2、为解决上述问题，本技术采用下述技术方案：

3、本技术目的之一，提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括下述步骤：

4、提供一衬底；

5、在所述衬底上表面制备透明导电层；

6、采用射频磁控溅射法在所述透明导电层上沉积空穴传输层，所述空穴传输层为单一或叠层结构的氧化镍；

7、在所述空穴传输层上表面制备钙钛矿吸收层；

8、在所述钙钛矿吸收层上表面制备电子传输层；

9、在所述电子传输层上表面制备空穴阻挡层；

10、在所述空穴阻挡层上表面制备背电极层。

11、在其中一些实施例中，在提供一衬底的步骤中，具体包括下述步骤：

12、用去离子水冲洗衬底，清洗完毕后将所述衬底置于超声清洗机中，之后依次用去离子水、丙酮、异丙醇超声清洗30min，再将所述衬底转移至无尘棚中，用高压纯净氮气将衬底表面残留液体除去。

13、在其中一些实施例中，所述衬底包括钠钙玻璃、不锈钢箔、钛箔、pet。

14、在其中一些实施例中，在所述衬底上表面制备透明导电层的步骤中，具体包括下述步骤：将所述衬底放入磁控溅射腔室内部并将真空度抽至指定气压之后，填充氩氧混合气进行磁控溅射得到所述透明导电层，其中，所述氩氧混合气中o2体积为0≤o2≤10％，余下为ar，溅射温度为20～150℃，溅射厚度50～150nm，所述透明导电层的透光率大于90％，方阻小于20ω。

15、在其中一些实施例中，在采用射频磁控溅射法在所述透明导电层上沉积空穴传输层的步骤中，具体包括下述步骤：将在所述衬底上表面制备有透明导电层的样品放入磁控溅射腔室内部并将真空度抽至指定气压之后，依次填充氩氧混合气和氩氮混合气进行射频磁控溅射，溅射完成后将样品进行退火，得到所述空穴传输层，其中：溅射温度为20～300℃，溅射厚度为10～30nm，退火温度为100～500℃，所述空穴传输层的厚度为20nm，透光率高于80％。

16、在其中一些实施例中，在所述射频磁控溅射中靶材为590mm*90mm*5mm，纯度99.99％的氧化镍陶瓷靶材，靶材到衬底的距离为80mm；若将填充氩氧混合气制备的氧化镍称为a，填充氩氮混合气制备的氧化镍称为b，则制备的所述空穴传输层结构可以但不限于aa、bb、aabb、abab、baba、bbaa，其中，所述氩氧混合气中o2含量为0≤o2≤5％，所述氩氮混合气中o2含量为0≤o2≤20％。

17、在其中一些实施例中，在所述空穴传输层上表面制备钙钛矿吸收层的步骤中，具体包括下述步骤：将在所述透明导电层上沉积空穴传输层的样品转移至手套箱中，采用溶液法制备厚度500～600nm的钙钛矿层，并在90～110℃退火25～40min，所述钙钛矿吸收层为卤化物钙钛矿，晶体结构为abx3，所述a为有机阳离子或无机阳离子，所述b为二价金属离子pb2+或sn2+；所述x为卤素离子i、br或cl。

18、在其中一些实施例中，在所述钙钛矿吸收层上表面制备电子传输层的步骤中，具体包括下述步骤：在所述空穴传输层上表面制备钙钛矿吸收层获得的样品转移至旋蒸仪中，蒸镀20～40nm厚电子传输层，所述电子传输层可以是c60、pcbm或sno2中的一种。

19、在其中一些实施例中，在所述电子传输层上表面制备空穴阻挡层的步骤中，具体包括下述步骤：将在所述钙钛矿吸收层上表面制备电子传输层的样品转移至旋蒸仪中，蒸镀5～10nm厚的bcp作为空穴阻挡层。

20、在其中一些实施例中，在在所述空穴阻挡层上表面制备背电极层的步骤中，具体包括下述步骤：将在所述电子传输层上表面制备空穴阻挡层的样品转移至旋蒸仪中，蒸镀100～150nm厚的背电极层，所述背电极层可以是但不限于au、ag、cu、al。

21、本技术目的之二，提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由下至上可分为衬底、透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层、空穴阻挡层、背电极层，所述空穴传输层为射频磁控溅射法制备地单一或叠层结构的氧化镍。

22、本技术采用上述技术方案，其有益效果如下：

23、本技术提供的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，按照光的传播路径由下至上可分为衬底、透明导电层、空穴传输层、光吸收层、电子传输层、空穴阻挡层、背电极层；所述空穴传输层为射频磁控溅射法制备地单一或叠层结构的氧化镍，膜层平整致密，晶粒尺寸均匀，与基底结合紧密；本发明可实现钙钛矿太阳能电池中空穴传输层的大面积流水线生产，克服了旋涂等溶液法在尺寸上的限制工艺操作简单，可重复性高，适合规模化生产，可大幅提高生产效率。