钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本发明专利属于钙钛矿电池领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能电池产业是清洁能源技术产业体系的重要组成部分，其开发利用始终是学界和业界关注的热点。太阳能电池发展已经更新至第三代太阳能电池，第一代太阳能电池为当前使用范围范围最广，生产规模最大的晶硅太阳能电池，其技术成熟且发电转换效率尚可，但受限于单晶硅的制备成本较高及多晶硅制备的生产工艺复杂。第二代太阳能电池在此环境下应需而生，其使用材料较少且易大规模生产大面积组件，例如碲化镉(cdte)、砷化镓(gaas)及铜铟镓硒(cigs)等，但受限于转换效率较低，并且伴随着光裂解现象，第二代太阳能电池并未得到广泛应用。在经历了第一代太阳能电池和第二代太阳能电池之后，第三代太阳能电池逐渐走上了舞台，其主要以染料敏化太阳能电池、有机化学太阳能电池为代表，具有成本较低、制备容易、材料来源广泛、具备大面积生产可行性等优点被人们所青睐。

2、在第三代太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池由于具备较高的光电转换效率及较低的制备成本备受关注，其分为正式和反式两种结构，对于反式钙钛矿太阳能电池来说，更好的稳定性、更容易制备柔性器件及叠层器件使其相较于正式结构更适合商业化应用。目前在高效率钙钛矿电池的制备中，一般会使用有机电子传输层材料，如pcbm、c60等，并在c60后沉积制备sno2和电极，但钙钛矿太阳能电池本身结构稳定性较差，膜层之间结合较差，附着力较差，因此制备完成的钙钛矿太阳能电池的稳定性会较差；此外钙钛矿太阳能电池膜层之间的附着力较差，容易脱膜，不利于后续层压封装工艺，对成品钙钛矿太阳能电池组件的外观也有明显影响。

技术实现思路

1、因此，本发明要解决的技术问题在于现有钙钛矿太阳能电池膜层之间的附着力较差，容易脱膜，不利于后续层压封装工艺的缺陷，从而提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括：依次在钙钛矿层上沉积硫化铅层、有机电子传输层和缓冲层后退火。

4、进一步地，所述退火温度为100～180℃，退火时间为0.5～2h。

5、所述硫化铅层的厚度为1～5nm。

6、构成所述有机电子传输层的材料包括c60或富勒烯衍生物中的至少一种，所述有机电子传输层的厚度为5～50nm。

7、构成所述缓冲层的材料包括sno2，厚度为7nm～25nm。

8、所述硫化铅层和所述有机电子传输层均采用真空蒸镀的方式沉积。

9、真空蒸镀时，真空度不高于3×10-6torr；

10、在400～550℃，以的沉积速率沉积所述硫化铅层；然后在400～550℃，以的沉积速率沉积所述有机电子传输层。

11、沉积所述硫化铅层前还包括在导电玻璃层上依次沉积空穴传输层和钙钛矿层的步骤。构成所述导电玻璃层的材料包括氟掺杂二氧化锡(fto)导电玻璃或氧化铟锡(ito)导电玻璃中的至少一种；构成所述空穴传输层的材料包括niox或moox中的至少一种；钙钛矿层为现有钙钛矿太阳能电池使用的钙钛矿材料，本申请不做具体的限制，例如可以是fapbi3、cspbi3等。

12、退火后还包括沉积背电极的步骤，构成所述背电极的材料包括cu、al、ag、ni、co、mo或au中的至少一种。

13、本发明还提供一种钙钛矿太阳能电池，由上述制备方法制得。

14、本发明技术方案，具有如下优点：

15、(1)本发明通过在钙钛矿层和有机电子传输层之间添加硫化铅层，在不破坏钙钛矿电池效率和稳定性的前提下，提升钙钛矿层和有机电子传输层之间的结合及附着力，并轻微改善钙钛矿太阳能电池稳定性；同时添加了退火工艺，改善有机电子传输层和缓冲层之间的附着力，同时通过退火使pbs下渗至钙钛矿层和上渗至有机电子传输层，进一步提升钙钛矿太阳能电池膜层之间的附着力，此外在薄膜电池，填充因子是一个很重要的参数，每一个膜层之间结合的越好，填充因子就会更高，最终使得电池的效率更高。

16、(2)本发明采用硫化铅层，其中的铅化物可以更好的跟下面的钙钛矿结合，而富s环境可以提升传输电子，提高电流和填充因子，且硫化铅使用安全价格便宜，适宜大规模生产。

17、(3)本发明通过在钙钛矿层和有机电子传输层之间添加硫化铅层，并在制备方法中添加了退火工艺，从而提升钙钛矿太阳能电池各膜层之间的附着力，改善钙钛矿太阳能电池层压封装的脱膜问题，提升器件美观；提升钙钛矿太阳能电池的抗光老化和抗高温老化的能力，从而提升钙钛矿太阳能电池的寿命；引入了无机化合物硫化铅作为中间层，从而使钙钛矿太阳能电池的有机电子传输层具备适当阻挡水汽侵蚀的能力，从而进一步提升钙钛矿太阳能电池的寿命，有利于应用于大规模的商业化生产。

技术特征：

1.一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括：依次在钙钛矿层上沉积硫化铅层、有机电子传输层和缓冲层后退火。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述退火温度为100～180℃，退火时间为0.5～2h。

3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述硫化铅层的厚度为1-5nm。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，构成所述有机电子传输层的材料包括c60或富勒烯衍生物中的至少一种，所述有机电子传输层的厚度为5～50nm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，构成所述缓冲层的材料包括sno2，厚度为7nm～25nm。

6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述硫化铅层和所述有机电子传输层均采用真空蒸镀的方式沉积。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，真空蒸镀时，真空度不超过3×10-6torr；

8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，沉积所述硫化铅层前还包括在导电玻璃层上依次沉积空穴传输层和钙钛矿层的步骤。

9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，退火后还包括沉积背电极的步骤。

10.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。

技术总结
本发明公开一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，制备方法包括：依次在钙钛矿层上沉积硫化铅层、有机电子传输层和缓冲层后退火。本发明通过在钙钛矿层和有机电子传输层之间添加硫化铅层，在不破坏钙钛矿电池效率和稳定性的前提下，提升钙钛矿层和有机电子传输层之间的结合及附着力，并轻微改善钙钛矿太阳能电池稳定性；时添加了退火工艺，改善有机电子传输层和缓冲层之间的附着力，同时通过退火使PbS下渗至钙钛矿层和上渗至有机电子传输层，进一步提升钙钛矿太阳能电池膜层之间的附着力，最终使得电池的效率更高。

技术研发人员：请求不公布姓名,邱伟,王学雷
受保护的技术使用者：极电光能有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15