CN105576132A - 基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池领域。所述的方法通过简单的一步水热法合成了掺杂上转化材料的二氧化钛纳米棒阵列，并基于此二氧化钛纳米棒阵列旋涂了钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx，空穴传输层HTM，最后蒸镀上银对电极组装成钙钛矿太阳能电池。本发明工艺简单，成本低廉，而且可以大大提高太阳能电池的光电转换效率，对钙钛矿太阳能电池的大规模应用发展起到了很好的推动作用。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池领域，主要涉及基于上转化材料掺杂的二氧化钛纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
面对日益严峻的环境污染，化石能源枯竭问题以及国家对节能减排的要求，寻找一种无污染，可替代化石能源而且成本低廉的新能源已经刻不容缓。而太阳能因其无限量可再生(或者说不会枯竭)、不受地域限制、运行维护量小等优点使其成为各种新能源中的宠儿。但是目前尚缺乏一种光电转换高效的太阳能电池。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题提供一种基于上转化材料掺杂的二氧化钛纳米棒阵列钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)上转化材料掺杂：在盐酸和去离子水的混合液中加入具有上转化功能的稀土金属盐并搅拌均匀得到混合液，在该混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，并再次搅拌均匀，得到配置溶液；
(2)TiO2纳米棒的生长及后处理：将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将步骤(1)中配置溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO2纳米棒阵列；
(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx或CH3NH3PbI3旋涂于步骤(2)中处理后TiO2纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。
在一些实施方案中：步骤(1)中所述盐酸的质量浓度为37％，盐酸与去离子水的体积比为1～3：1～3。
在一些实施方案中：步骤(1)中4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与盐酸的体积比0.5～1.5：10～30，4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为50～100：1～10；优选-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为60～80：2～5。
在一些实施方案中：步骤(1)中所述的具有上转化功能的稀土金属盐为八水合硫酸铒。
在一些实施方案中：步骤(2)中烘箱中的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。
在一些实施方案中：步骤(2)中煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为0.1～1小时。
在一些实施方案中：步骤(3)中，旋涂是以500～1500转/分钟的速度旋涂3～10秒，再以2500～4500转/分钟的速度旋涂30～60秒。
在一些实施方案中：步骤(3)中高温反应的条件是反应温度为100～130℃，反应时间为40～60min。
一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，该太阳能电池是通过如下方法制备得到：
(1)上转化材料掺杂：在盐酸和去离子水的混合液中加入具有上转化功能的稀土金属盐并搅拌均匀得到混合液，在该混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，并再次搅拌均匀，得到配置溶液；
(2)TiO2纳米棒的生长及后处理：将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将步骤(1)中配置溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO2纳米棒阵列；
(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx或CH3NH3PbI3旋涂于步骤(2)中处理后TiO2纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。
上述基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，其制备方法的步骤(1)中所述盐酸的质量浓度为37％，盐酸与去离子水的体积比为1～3：1～3；在一些优选的技术方案中：步骤(1)中4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与盐酸的体积比0.5～1.5：10～30，4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为50～100：1～10；；优选-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为60～80：2～5；在另一些优选的技术方案中：步骤(1)中所述的具有上转化功能的稀土金属盐为八水合硫酸铒。
上述基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，其制备方法的步骤(2)中烘箱中的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时；在一些优选的技术方案中：步骤(2)中煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为0.1～1小时。
上述基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，其制备方法步骤(3)中，旋涂是以500～1500转/分钟的速度旋涂3～10秒，再以2500～4500转/分钟的速度旋涂30～60秒；在一些优选的技术方案中：步骤(3)中高温反应的条件是反应温度为100～130℃，反应时间为40～60min。
本发明的有益效果：
本发明制备的以FTO导电玻璃为光阳极，掺杂上转化材料的二氧化钛纳米棒阵列作为支架层，旋涂上一层钙钛矿，接着以HTM层作为空穴传输材料，银，金或铝做为对电极组装而成的钙钛矿太阳能电池具有一个较高的短路电流从而导致了一个较高的光电转换效率。本发明工艺简单，成本低廉，而且可以大大提高太阳能电池的光电转换效率，对钙钛矿太阳能电池的大规模应用发展起到了很好的推动作用。
附图说明
图1：二氧化钛纳米棒阵列的扫描电镜图，其中(a)为对照例的SEM图，(b)为实施例1的SEM图；
从图1(a)和(b)可以看出Er掺杂的TiO2纳米棒长度大概在1um左右，而未掺杂的TiO2纳米棒长度大概在650nm左右，相同的生长环境以及时间，两种纳米棒的长度却不一样，这说明了，Er的掺入，有利于TiO2纳米棒的纵向生长。
图2(a)：实施例1和对照例生长的TiO2纳米棒阵列的紫外-可见吸收图谱；图2(b)实施例1和对照例生长的TiO2纳米棒阵列的紫外-可见漫反射图谱；
图2(a)是Er掺杂和未掺杂的TiO2纳米棒阵列的紫外-可见吸收图谱，从图中可以看出，Er掺杂的TiO2纳米棒阵列的吸收图谱在可见光范围内(400-750nm)比未掺杂的阵列要低，与之相对应的就是其漫反射图谱比未掺杂的要高(图2(b))，这是由于Er的掺入，改变了TiO2的晶格结构，致使其晶面发生变化，对光的漫反射能力也得到增强，而更强的漫反射能力就可以将透过钙钛矿照射到TiO2纳米棒上的太阳光反射回去被钙钛矿重新利用。
图3：(a)根据紫外-可见漫反射图谱计算出的实施例1和对照例生长的TiO2纳米棒的带隙位移图；(b)实施例1和对照例生长的TiO2纳米棒的塔菲尔曲线图；
图3(a)是根据Er掺杂和未掺杂的TiO2纳米棒阵列的漫反射图谱计算出的Taut图谱，从该图中我们可以看到，正常的金红石型TiO2纳米棒的禁带宽度为3.0eV，跟文献报道一致，而Er掺杂的TiO2纳米棒的禁带宽度为3.1eV左右，这表示Er的掺入使TiO2得带隙发生正偏移。半导体能带的变化是跟平带电位Vfb的位移是一致的，图3(b)就是Er掺杂和未掺杂的TiO2纳米棒阵列的塔菲尔曲线，图中可以看到Er掺入后，TiO2的平带电位从-0.08V正偏移到0V。
图4：实施例1和对照例生长的TiO2纳米棒阵列在红外区的吸收图谱；
图4显示的是Er掺杂和未掺杂TiO2纳米棒阵列的紫外-可见/红外漫反射图谱，在可见光区(波长从400～730nm)，Er掺杂的TiO2纳米棒阵列吸收光谱要比未掺杂的低，这与图2(a)测试的是一致的，但是在红外区(波长730～1200nm)，我们发现Er掺杂的TiO2纳米棒阵列吸收光谱要比未掺杂的高，Er掺杂的TiO2纳米棒阵列吸收红外光后会发射出绿光。
图5：实施例1(a)和对照例(b)生长的TiO2纳米棒以及FTO(c)玻璃的XRD图谱；
图5是FTO玻璃基底以及Er掺杂和未掺杂的TiO2纳米棒阵列的XRD图谱，按照标准卡片对比，图中用方块标注的分别是金红石型TiO2的(110),(101),(111),(211),(002),(301),(112)晶面，在图中我们可以看到(101)晶面峰的强度最高而且最窄，这跟Park所得到的结论是一致的。在XRD图中我们并没有观察到Er的峰，这是因为Er的掺入量非常少，当质量量小于5％时，用XRD图谱已经观察不出来。图中用黑色圆形标注的是FTO玻璃的SnO2的峰。
图6：实施例1生长的TiO2纳米棒的EDS图谱；
为了验证Er确实掺入TiO2纳米棒，我们接下来对已经掺Er的TiO2纳米棒进行能量色散谱(EDS)测试，如图6所示，元素分析显示，样品中包含了O,C,Sn,Si,Ti,Er等元素，其中O和Ti占了大部分，而C,Si,和Sn存在于导电胶带以及FTO导电玻璃，而Er的存在则证明了我们成功地在水热合成部分将其掺入了TiO2纳米棒
图7：实施例1和对照例组装的钙钛矿太阳能电池的I-V曲线图(a)以及IPCE图(b)。
图7是实施例1和参照例的I-V曲线图(a)以及IPCE图(b)。从图中可以看出，基于未掺杂的TiO2纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池开路电压为0.69V，短路电流密度为16.66mA/cm2，填充因子为65％，其最终的光电转换效率为7.5％。比较之下，基于Er掺杂的TiO2纳米棒阵列的钙钛矿太阳能电池开路电压为0.67V，短路电流密度为22.97mA/cm2，填充因子为69％，而其最终的光电转换效率为10.6％，相对于未掺杂的电池，提高了将近28％。这是由于Er的掺杂，TiO2纳米棒阵列能够吸收透过钙钛矿层的不被利用的红外光而发射出绿光又被钙钛矿重新利用，大大提高了太阳光的利用率，因此就会产生更多的光生电子以及空穴，进而使电池的短路电流密度得到提高。另一方面，由图3可知，Er的掺入导致了TiO2的平带电位增加，电子注入的驱动力，也就是平带能量(Efb)与LUMO之间的差距变大了，最终导致电子注入效率增加。这两方面都会使钙钛矿太阳能电池短路电流的增加最终导致其光电转换效率的增加。较好的填充因子也是因为Er的掺入使电子驱动力的增加有利于电子的抽离。而开路电压的降低也是因为Er掺入后，TiO2的平带电位正偏移而产生的结果。从图b可以看出，基于Er掺杂的TiO2纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池在可将光范围内(波长400-750nm)的量子效率要大于未掺杂的电池。特别地，在波长为550nm左右的绿光照射时，其量子效率最高达到85％以上，而且从图中我们还可以看到，基于掺杂的TiO2纳米棒阵列的钙钛矿太阳电池的量子效率在可见光范围内(波长400～750nm)下降比较明显，而掺杂Er的太阳能电池比较稳定，下降趋势比较小，这是由于铒掺杂的钙钛矿太阳能电池能够产生较多的光生电子，而且电子与空穴复合几率比较小，从而使产生光生电子的速率与电子消耗和抽离的速率大致相同。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此：
以下结合实例对本发明作进一步说明：
实施例1
(1)FTO导电玻璃基底的处理：将FTO导电玻璃不需要刻蚀的地方贴上胶带，裸露部分均匀涂抹一层Zn粉，再将上述玻璃轻轻放入已提前配置好的盐酸溶液(体积比为HCl:H2O＝1:1)刻蚀掉暴露区域，再用自来水冲洗刻蚀好的玻璃，然后再用清洁剂，丙酮和异丙醇混合溶液，乙醇，去离子水分别超声洗涤一定时间分钟，洗涤几次后得到洁净的FTO导电玻璃。
(2)TiO2纳米棒的生长：室温环境下，取20mL，浓度为37％的盐酸加入到相同体积的去离子水中，搅拌一段时间后，再称取八水合硫酸铒0.032g，加入到上述混合液中搅拌均匀，最后量取0.75mL的4-异丙醇钛逐滴缓慢滴加到上述均匀混合溶液中搅拌15min，将烘干的FTO玻璃放入聚四氟乙烯反应釜中，倒入上述配置好的溶液。将反应釜放入烘箱中，调节烘箱温度160℃，水热反应4小时。
(3)TiO2纳米棒阵列的处理：待反应结束的高压釜自然冷却至室温后取出生长有TiO2纳米棒阵列的FTO玻璃放入干净的表面皿中，加入去离子水浸泡一段时间，再用去离子水清洗放入烘箱烘干后放入马弗炉中500℃煅烧30分钟待用。
(4)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx滴在上述处理好的TiO2纳米棒阵列上，旋涂仪低速1000转/分钟，旋涂6秒，再高速3000转/分钟，旋涂50秒，放置在烘箱中使钙钛矿结晶反应，烘箱温度调节为110℃，反应50分钟，待钙钛矿完全变黑取出冷却，再将HTM以相同的方法旋涂在在钙钛矿层上面。在干燥箱中氧化一夜。待上述步骤完成后用热蒸镀仪镀银从而完成对电池的制备。
实施例2
(1)FTO导电玻璃基底的处理：将FTO导电玻璃不需要刻蚀的地方贴上胶带，裸露部分均匀涂抹一层Zn粉，再将上述玻璃轻轻放入已提前配置好的盐酸溶液(体积比为HCl:H2O＝1:1)刻蚀掉暴露区域，再用自来水冲洗刻蚀好的玻璃，然后再用清洁剂，丙酮和异丙醇混合溶液，乙醇，去离子水分别超声洗涤一定时间分钟，洗涤几次后得到洁净的FTO导电玻璃。
(2)TiO2纳米棒的生长：室温环境下，取30mL，浓度为37％的盐酸加入到35mL的去离子水中，搅拌一段时间后，再称取八水合硫酸铒0.0158g，加入到上述混合液中搅拌均匀，最后量取0.5mL的4-异丙醇钛逐滴缓慢滴加到上述均匀混合溶液中搅拌15min，将烘干的FTO玻璃放入聚四氟乙烯反应釜中，倒入上述配置好的溶液。将反应釜放入烘箱中，调节烘箱温度150℃，水热反应5小时。
(3)TiO2纳米棒阵列的处理：待反应结束的高压釜自然冷却至室温后取出生长有TiO2纳米棒阵列的FTO玻璃放入干净的表面皿中，加入去离子水浸泡一段时间，再用去离子水清洗放入烘箱烘干后放入马弗炉中400℃煅烧60分钟待用。
(4)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx滴在上述处理好的TiO2纳米棒阵列上，旋涂仪低速500转/分钟，旋涂10秒，再高速2500转/分钟，旋涂60秒，放置在烘箱中使钙钛矿结晶反应，烘箱温度调节为100℃，反应40分钟，待钙钛矿完全变黑取出冷却，再将HTM以相同的方法旋涂在在钙钛矿层上面。在干燥箱中氧化一夜。待上述步骤完成后用热蒸镀仪镀银从而完成对电池的制备。
实施例3
(1)FTO导电玻璃基底的处理：将FTO导电玻璃不需要刻蚀的地方贴上胶带，裸露部分均匀涂抹一层Zn粉，再将上述玻璃轻轻放入已提前配置好的盐酸溶液(体积比为HCl:H2O＝1:1)刻蚀掉暴露区域，再用自来水冲洗刻蚀好的玻璃，然后再用清洁剂，丙酮和异丙醇混合溶液，乙醇，去离子水分别超声洗涤一定时间分钟，洗涤几次后得到洁净的FTO导电玻璃。
(2)TiO2纳米棒的生长：室温环境下，取15mL，浓度为37％的盐酸加入到15mL的去离子水中，搅拌一段时间后，再称取八水合硫酸铒0.0891g，加入到上述混合液中搅拌均匀，最后量取1.5mL的4-异丙醇钛逐滴缓慢滴加到上述均匀混合溶液中搅拌15min，将烘干的FTO玻璃放入聚四氟乙烯反应釜中，倒入上述配置好的溶液。将反应釜放入烘箱中，调节烘箱温度180℃，水热反应3小时。
(3)TiO2纳米棒阵列的处理：待反应结束的高压釜自然冷却至室温后取出生长有TiO2纳米棒阵列的FTO玻璃放入干净的表面皿中，加入去离子水浸泡一段时间，再用去离子水清洗放入烘箱烘干后放入马弗炉中600℃煅烧20分钟待用。
(4)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx滴在上述处理好的TiO2纳米棒阵列上，旋涂仪低速1500转/分钟，旋涂3秒，再高速4500转/分钟，旋涂30秒，放置在烘箱中使钙钛矿结晶反应，烘箱温度调节为130℃，反应40分钟，待钙钛矿完全变黑取出冷却，再将HTM以相同的方法旋涂在在钙钛矿层上面。在干燥箱中氧化一夜。待上述步骤完成后用热蒸镀仪镀银从而完成对电池的制备。
对照例
(1)FTO导电玻璃基底的处理：将FTO导电玻璃不需要刻蚀的地方贴上胶带，裸露部分均匀涂抹一层Zn粉，再将上述玻璃轻轻放入已提前配置好的盐酸溶液(体积比HCl:H2O＝1:1)刻蚀掉暴露区域，再用自来水冲洗刻蚀好的玻璃，然后再用清洁剂，丙酮和异丙醇混合溶液，乙醇，去离子水分别超声洗涤一段时间，洗涤几次后将洗干净的FTO玻璃烘干备用。
(2)TiO2纳米棒的生长：室温环境下，取20mL，浓度为37％的盐酸加入到相同体积的H2O中，搅拌一段时间后，量取0.75～1mL的4-异丙醇钛逐滴缓慢滴加到上述均匀混合溶液中搅拌至澄清，将烘干的FTO玻璃放入聚四氟乙烯反应釜中，倒入上述配置好的溶液。将反应釜放入烘箱中，调节烘箱温度160℃，水热反应4小时。
(3)TiO2纳米棒阵列的处理：待反应结束的高压釜自然冷却至室温后取出生长有TiO2纳米棒阵列的FTO玻璃放入干净的表面皿中，加入去离子水浸泡一段时间，再用去离子水清洗放入烘箱烘干，最后放入马弗炉中500℃煅烧30分钟待用。
(4)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx滴在上述处理好的TiO2纳米棒阵列上，旋涂仪低速1000转/分钟，旋涂6秒，再高速3000转/分钟，旋涂50秒，放置在烘箱中使钙钛矿结晶反应，烘箱温度调节为110℃，反应50分钟，待钙钛矿完全变黑取出冷却，再将HTM以相同的方法旋涂在在钙钛矿层上面。在干燥箱中氧化一夜。待上述步骤完成后用热蒸镀仪镀银从而完成对电池的制备。
(5)分别将实施例1～3和对照例所得的实验结果进行结构表征和光电性能测试，I-V测试结果如下表所示。
表1光电性能测试
Claims (10)
1.一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
(1)上转化材料掺杂：在盐酸和去离子水的混合液中加入具有上转化功能的稀土金属盐并搅拌均匀得到混合液，在该混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，并再次搅拌均匀，得到配置溶液；
(2)TiO2纳米棒的生长及后处理：将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将步骤(1)中配置溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO2纳米棒阵列；
(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx或CH3NH3PbI3旋涂于步骤(2)中处理后TiO2纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。
2.根据权利要求1所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述盐酸的质量浓度为37％，盐酸与去离子水的体积比为1～3：1～3。
3.根据权利要求1所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(1)中4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与盐酸的体积比0.5～1.5：10～30，4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为50～100：1～10；优选-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为60～80：2～5。
4.根据权利要求1-3任一项所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的具有上转化功能的稀土金属盐为八水合硫酸铒。
5.根据权利要求1所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(2)中烘箱中的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时。
6.根据权利要求1所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(2)中煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为0.1～1小时。
7.根据权利要求1所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(3)中，旋涂是以500～1500转/分钟的速度旋涂3～10秒，再以2500～4500转/分钟的速度旋涂30～60秒。
8.根据权利要求1所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池制备方法，其特征在于：步骤(3)中高温反应的条件是反应温度为100～130℃，反应时间为40～60min。
9.一种基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：该太阳能电池是通过如下方法制备得到：
(1)上转化材料掺杂：在盐酸和去离子水的混合液中加入具有上转化功能的稀土金属盐并搅拌均匀得到混合液，在该混合液中加入4-异丙醇钛或钛酸四丁酯，并再次搅拌均匀，得到配置溶液；
(2)TiO2纳米棒的生长及后处理：将洁净的FTO导电玻璃放置于高压釜中，之后将步骤(1)中配置溶液倒入高压釜中，并置于烘箱中反应；反应结束后清洗已生长有纳米棒阵列的FTO玻璃，清洗结束后进行煅烧，得到处理后的TiO2纳米棒阵列；
(3)钙钛矿太阳能电池的组装：将钙钛矿CH3NH3PbI3-xClx或CH3NH3PbI3旋涂于步骤(2)中处理后TiO2纳米棒阵列上，高温反应使钙钛矿充分结晶，再以相同的转速旋涂HTM层，于干燥箱中放置一夜使HTM充分氧化，利用真空蒸镀方法镀上银，金或铝对电极。
10.根据权利要求9所述的基于上转化材料掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：步骤(1)中所述盐酸的质量浓度为37％，盐酸与去离子水的体积比为1～3：1～3；优选：步骤(1)中4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与盐酸的体积比0.5～1.5：10～30，4-异丙醇钛或钛酸四丁酯与稀土金属盐的质量比为50～100：1～10；优选：步骤(1)中所述的具有上转化功能的稀土金属盐为八水合硫酸铒；优选：步骤(2)中烘箱中的反应温度为150～180℃，反应时间为3～5小时；优选：步骤(2)中煅烧的温度为400～600℃，煅烧的时间为0.1～1小时；优选：步骤(3)中，旋涂是以500～1500转/分钟的速度旋涂3～10秒，再以2500～4500转/分钟的速度旋涂30～60秒；优选：步骤(3)中高温反应的条件是反应温度为100～130℃，反应时间为40～60min。
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