一种基于钙钛矿异质结结构的太阳能电池及其制备方法

本发明涉及太阳能电池，特别是涉及钙钛矿太阳能电池的器件性能提升及其制备方法。

背景技术：

1、无机钙钛矿太阳能电池因具有良好的热稳定性和合适的能带结构，已成为最具前景的光伏技术之一。钙钛矿太阳能电池是基于各种半导体异质结的器件，异质结在器件性能中发挥着重要作用。针对无机钙钛矿的器件效率和有机无机杂化钙钛矿体系仍有较大差距，特别是开路电压损失严重，导致无机钙钛矿电池效率仍低于22％。这主要归因于钙钛矿/载流子传输层界面上电荷分离的驱动力不足，阻碍载流子在界面处有效提取，导致钙钛矿/载流子传输层界面能量损失严重。因此，要提高器件性能，必须重新设计优化异质结抑制界面处载流子累积和非辐射复合，降低界面能量损失。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是针对无机钙钛矿中的界面能量损失严重导致转换效率低的问题，提供一种基于钙钛矿异质结结构的太阳能电池及其制备方法，该电池能增强钙钛矿/载流子传输层界面上电荷分离驱动力，促进钙钛矿/电子传输层界面处载流子的有效提取和分离，降低钙钛矿/载流子传输层界面能量损失。将异质结结构应用于钙钛矿太阳能电池中，可使钙钛矿太阳能电池具有较高的开路电压和转化效率。

2、实现本发明目的的具体技术方案是：

3、一种钙钛矿异质结结构，特点是所述钙钛矿异质结结构由abx3型全无机钙钛矿和n型3d硫化物钙钛矿(cys)[pbx2]叠层构建而成；其中：

4、所述n型3d硫化物钙钛矿(cys)[pbx2]由铅卤化物(pbx2，x＝cl、br)和巯基乙胺(cys)叠层构成；

5、所述abx3型全无机钙钛矿中a为无机铯阳离子，b为pb2+、sn2+及ge2+中的任意一种，x为卤素阴离子或scn-；

6、所述的钙钛矿异质结结构，其制备包括：

7、(1)制备abx3型全无机钙钛矿前驱体溶液；浓度为0.6m-0.7m。

8、(2)然后在相对湿度为30％的空气环境中用匀胶机将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在衬底上，再在相对湿度为30％的空气环境中退火处理，形成厚度为400-500nm的abx3型全无机钙钛矿薄膜；

9、(3)在abx3型全无机钙钛矿薄膜上采用真空热蒸镀方法，蒸镀一层铅卤化物，厚度1-20nm；

10、(4)在所述铅卤化物层上旋涂巯基乙胺，其浓度为0.5-4mg/ml。

11、一种基于上述钙钛矿异质结结构的钙钛矿太阳能电池，其包括叠层设置的衬底层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和电极层，特点是所述钙钛矿层是由abx3型全无机钙钛矿和n型3d硫化物钙钛矿(cys)[pbx2]形成的异质结结构；所述电子传输层为pcbm+c60+tpbi有机物；

12、其制备包括以下步骤：

13、提供一衬底；

14、在所述衬底上通过溶液旋涂方法形成空穴传输层；以及

15、在所述空穴传输层上制备钙钛矿层即所述的钙钛矿异质结结构；

16、在所述钙钛矿层上通过溶液旋涂方法形成电子传输层；以及

17、在所述电子传输层上采用真空热蒸镀形成金属电极层。

18、本发明的钙钛矿异质结由abx3型全无机钙钛矿材料和n型3d硫化物钙钛矿(cys)[pbx2]构成，所述n型3d硫化物钙钛矿层的电子会扩散到无机钙钛矿层，因此在硫化物钙钛矿表面累积更多的正电荷，从而在界面处引入额外电场；而这个电场与反式钙钛矿电池的内建电场方向一致，有助于增强反式钙钛矿电池的内建电势，从而提升电池效率。此外n型3d硫化物钙钛矿即(cys)[pbx2]具有优异的湿度稳定性，避免空气中水对全无机钙钛矿的侵蚀，提高器件的湿度稳定性。

技术特征：

1.一种钙钛矿异质结结构，其特征在于，所述钙钛矿异质结结构由abx3型全无机钙钛矿和n型3d硫化物钙钛矿即(cys) [pbx2]叠层构建而成；其中：

2.一种基于权利要求1所述钙钛矿异质结结构的钙钛矿太阳能电池，其包括叠层设置的衬底层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和电极层，其特征在于，所述钙钛矿层是由abx3型全无机钙钛矿和n型3d硫化物钙钛矿即(cys) [pbx2]形成的异质结结构；所述电子传输层为pcbm+c60+tpbi有机物；

技术总结
本发明公开了一种基于钙钛矿异质结结构的太阳能电池及其制备方法，所述钙钛矿异质结结构由ABX<subgt;3</subgt;型全无机钙钛矿和n型3D硫化物钙钛矿(CYS)[PbX<subgt;2</subgt;]叠层构成；所述n型3D硫化物钙钛矿通过真空热蒸镀与溶液旋涂协同辅助来制备。将该钙钛矿异质结应用于钙钛矿太阳能电池，能够诱导钙钛矿层表面的能带弯曲，从而引入额外电场，增强反式钙钛矿电池的内建电势，提升钙钛矿/电子传输层界面上电荷分离的驱动力，从而提高钙钛矿电池的开路电压和转化效率。

技术研发人员：方俊锋,李晓冬,袁翔,路春艳
受保护的技术使用者：华东师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/17