CN109273611A - 一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法，包括间隔设置的第一电极和第二电极；第一电极和第二电极之间设有至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层。本发明所制备的太阳能电池包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极，以及在所述第一电极和第二电极之间设置的至少两层活性层；两层活性层采用顺序和倒序制备方式分别制备后压合而成，避免了避免不同组分钙钛矿制备过程中的溶剂破坏效应。本发明两层活性层利用热扩散工艺，形成具有一定梯度配比变化的钙钛矿活性层，该活性层构建了费米能级的定向渐变弯曲，具有同质结的特点，有利于激子的定向传导，可以提升激子的传输效率，进而提升电池的性能。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法。
背景技术
近年来发现的钙钛矿型太阳能电池和发光二极管由于高转换效率、低成本、环境友善、产品可挠化等优点正在受到越来越广泛的关注。其中，新型钙钛矿性太阳能电池的光电转换效率在短短几年内提升了数倍，表现出非常优异的光电性能。钙钛矿型太阳能电池的激子产生、扩散和收集，直接影响电池的性能。
传统的钙钛矿太阳能电池结构如图2所示，按照从左至右的顺序依次制备对应的薄膜结构，最终形成包含单一组分单一晶型的单层有机无机杂化结构钙钛矿活性层，其激子分离和收集效率较低，影响整个钙钛矿太阳能电池的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池结构及其制备方法，以解决上述技术问题。本发明构建一种具有费米能级定向弯曲、同质结性质、具有特定方向、特定梯度变化的钙钛矿活性中心的太阳能电池器件，其具有更好的激子分离和收集效率，有助于提升电池性能。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种钙钛矿太阳能电池结构，包括间隔设置的第一电极和第二电极；第一电极和第二电极之间设有至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层。
进一步的，所述至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层包括复合的第一钙钛矿活性前驱体层和第二钙钛矿活性前驱体层；第一钙钛矿活性前驱体层和第二钙钛矿活性前驱体层之间形成梯度分布层。
进一步的，所述至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层包括三层或者三层以上，相邻两层复合的钙钛矿活性前驱体层之间形成过梯度分布层。
进一步的，梯度分布层沿第一电极至第二电极的方向形成钙钛矿活性前驱体的梯度分布，进而构成费米能级的定向渐变弯曲。
进一步的，第一电极为ITO透明电极，第二电极为纳米银线电极。
进一步的，第一电极和至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层之间设有电子传输层；第二电极和至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层之间设有空穴传输层。
一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法，包括：
1)、第一电极的制备：沉积ITO透明电极作为第一电极；
2)、在第一电极上制备电子传输层；
3)、在电子传输层表面制备第一钙钛矿活性前驱体层获得n区多层结构；
4)、第二电极的制备：在基板上印刷纳米银线退火后得到第二电极；
5)、在第二电极上制备空穴传输层；
6)、在空穴传输层表面制备第二钙钛矿活性前驱体层获得p区多层结构；
7)、将n区多层结构与p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，获得钙钛矿太阳能电池结构。
进一步的，步骤7)具体在真空环境下，进行物理压合并退火：真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.001-1MPa，真空中退火：130-150℃退火10-30分钟。
进一步的，步骤3)中第一钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的结构为(RNH3)AXnY3-n；R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数；制备时以DMF为溶剂，配成质量分数为20-35％的浆料；室温涂布后经氮气中100-140℃退火5-10分钟的步骤，得到厚度为200-500nm的第一钙钛矿活性前驱体层。
进一步的，步骤3)中第一钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的结构为(RNH3)AXnY3-n；R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数；制备时以DMF为溶剂，配成质量分数为20-35％的浆料；室温涂布后经氮气中100-140℃退火5-10分钟的步骤，得到厚度为200-500nm的第二钙钛矿活性前驱体层；第一钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的结构与第二钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的化学组分、能级结构不同。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明所制备的太阳能电池包括第一电极、与所述第一电极间隔开的第二电极，以及在所述第一电极和第二电极之间设置的至少两层活性层；两层活性层采用顺序和倒序制备方式分别制备后，固态下压合而成，避免了传统溶液法，由于不同组分钙钛矿制备过程中的溶剂破坏效应，无法形成多层连续渐变钙钛矿薄膜的问题。
本发明两层活性层利用热扩散工艺，形成具有一定梯度配比变化的钙钛矿活性层，该活性层构建了费米能级的定向渐变弯曲，具有同质结的特点，有利于激子的定向传导，可以提升激子的传输效率，进而提升电池的性能。
附图说明
图1为本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的结构示意图；
图2为传统的钙钛矿太阳能电池结构；
图3为本发明一种钙钛矿太阳能电池结构在热扩散前能带示意图；
图4为本发明优选实施例1制备的一种钙钛矿太阳能电池结构与现有结构的对比示意图。
具体实施方式
在描述本发明的实施方案时，为了清楚起见，使用了特定的术语。然而，本发明无意局限于所选择的特定术语。应了解每个特定元件包括类似的方法运行以实现类似目的的所有技术等同物。
下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。
请参阅图1所示，本发明一种钙钛矿太阳能电池结构为梯度渐变钙钛矿型太阳能电池器件结构，包括间隔设置的透明电极基底102和第二电极110；透明电极基底102和第二电极110之间设有第一钙钛矿活性前驱体层105和第二钙钛矿活性前驱体层107；第一钙钛矿活性前驱体层105和第二钙钛矿活性前驱体层107之间由热扩散形成过渡层。该钙钛矿太阳能电池结构在透明电极基底102和第二电极110之间具有多个活性材料层和/或材料层，例如电子传输层104和空穴传输层108。
第一钙钛矿活性前驱体层105和第二钙钛矿活性前驱体层107之间形成过渡层，使得第一钙钛矿活性前驱体层105和第二钙钛矿活性前驱体层107之间形成钙钛矿活性前驱体的分布梯度，提高了激子传输和收集效率。
请参阅图1所示，本发明一种钙钛矿太阳能电池结构为梯度渐变钙钛矿型太阳能电池器件结构，制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积不限(本例为5×5cm2)，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备电子传输层104：材料为SnO2纳米溶胶，溶胶质量为20g/L的水溶液；刮刀涂布速度为5-100mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为100μm；涂布后于氮气中，80-200℃退火干燥。最终获得厚度约为10-100nm。
3)、在电子传输层104表面制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：结构为(RNH3)AXnY3-n(R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数)，优选使用CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为20-35％的浆料；刮刀涂布速度为10-30mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100-140℃退火5-10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为200-500nm。
4)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为10-20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中70-100℃退火10-20分钟。最终得到厚度约为40-100nm的第二电极110。
5)、在第二电极110上制备空穴传输层108：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液(也可以使用NiO，Spiro等)，使用异丙醇按照(PEDOT：PSS)：异丙醇＝1：3的体积比配比稀释，刮刀涂布速度为10-30mm/s；涂布温度为45-70℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80-100℃退火10-20分钟。最终得到的空穴传输层108的厚度为100nm。
6)、在空穴传输层108表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：结构为(RNH3)AXnY3-n(R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数)，溶剂为DMF，配成质量分数为20-35％的浆料；刮刀涂布速度为10-20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100-140℃退火5-10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为200-500nm。
7)、将步骤1-3制备的n区多层结构与4-6制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.001-1MPa，真空中130-150℃退火10-30分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
实施例1
本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积为5×5cm2，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备电子传输层104：材料为SnO2纳米溶胶，溶胶质量为20g/L的水溶液；刮刀涂布速度为25mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为100μm；涂布后于氮气中，150℃退火干燥。最终获得厚度约为20nm。
3)、在电子传输层104表面制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：材料为CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为300nm。
4)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为10mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80℃退火15分钟。最终得到厚度约为70nm的第二电极110。
5)、在第二电极110上制备空穴传输层108：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液(也可以使用NiO，Spiro等)，使用异丙醇按照(PEDOT：PSS)：异丙醇＝1：3的体积比配比稀释，刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为60℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中90℃退火15分钟。最终得到的空穴传输层108的厚度为100nm。
6)、在空穴传输层108表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：材料为CH3NH3PbI3，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为300nm。
7)、将步骤1-3制备的n区多层结构与4-6制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.01MPa，真空中135℃退火20分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
经测试，实施例1所制备的钙钛矿太阳能电池结构，开压为1.11V、电流密度为23.1mA/cm2、效率为19.2％。
实施例2
本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积为5×5cm2，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备电子传输层104：材料为SnO2纳米溶胶，溶胶质量为20g/L的水溶液；刮刀涂布速度为100mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为100μm；涂布后于氮气中，150℃退火干燥。最终获得厚度约为10nm。
3)、在电子传输层104表面制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：材料为CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为300nm。
4)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为10mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80℃退15分钟。最终得到厚度约为70nm的第二电极110。
5)、在第二电极110上制备空穴传输层108：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液(也可以使用NiO，Spiro等)，使用异丙醇按照(PEDOT：PSS)：异丙醇＝1：3的体积比配比稀释，刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为60℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中90℃退火15分钟。最终得到的空穴传输层108的厚度为100nm。
6)、在空穴传输层108表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：材料为CH3NH3PbI3，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为300nm。
7)、将步骤1-3制备的n区多层结构与4-6制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.01MPa，真空中135℃退火20分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
实施例3
本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积为5×5cm2，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备电子传输层104：材料为SnO2纳米溶胶，溶胶质量为20g/L的水溶液；刮刀涂布速度为100mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为100μm；涂布后于氮气中，150℃退火干燥。最终获得厚度约为10nm。
3)、在电子传输层104表面制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：材料为CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为35％的浆料；刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为400nm。
4)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为10mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80℃退火15分钟。最终得到厚度约为70nm的第二电极110。
5)、在第二电极110上制备空穴传输层108：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液(也可以使用NiO，Spiro等)，使用异丙醇按照(PEDOT：PSS)：异丙醇＝1：3的体积比配比稀释，刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为60℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中90℃退火15分钟。最终得到的空穴传输层108的厚度为100nm。
6)、在空穴传输层108表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：材料为CH3NH3PbI3，溶剂为DMF，配成质量分数为35％的浆料；刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为400nm。
7)、将步骤1-3制备的n区多层结构与4-6制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.01MPa，真空中135℃退火20分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
实施例4
本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积为5×5cm2，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备电子传输层104：材料为SnO2纳米溶胶，溶胶质量为20g/L的水溶液；刮刀涂布速度为100mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为100μm；涂布后于氮气中，150℃退火干燥。最终获得厚度约为10nm。
3)、在电子传输层104表面制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：材料为CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为35％的浆料；刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为400nm。
4)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100℃退火15分钟。最终得到厚度约为40nm的第二电极110。
5)、在第二电极110上制备空穴传输层108：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液(也可以使用NiO，Spiro等)，使用异丙醇按照(PEDOT：PSS)：异丙醇＝1：3的体积比配比稀释，刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为60℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中90℃退火15分钟。最终得到的空穴传输层108的厚度为100nm。
6)、在空穴传输层108表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：材料为CH3NH3PbI3，溶剂为DMF，配成质量分数为35％的浆料；刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为400nm。
7)、将步骤1-3制备的n区多层结构与4-6制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.1MPa，真空中135℃退火20分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
实施例5
本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积为5×5cm2，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备电子传输层104：材料为SnO2纳米溶胶，溶胶质量为20g/L的水溶液；刮刀涂布速度为100mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为100μm；涂布后于氮气中，150℃退火干燥。最终获得厚度约为10nm。
3)、在电子传输层104表面制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：材料为CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为300nm。
4)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中100℃退火15分钟。最终得到厚度约为40nm的第二电极110。
5)、在第二电极110上制备空穴传输层108：使用的浆料为商品化PEDOT：PSS(AI4083)水溶液(也可以使用NiO，Spiro等)，使用异丙醇按照(PEDOT：PSS)：异丙醇＝1：3的体积比配比稀释，刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为60℃；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中90℃退火15分钟。最终得到的空穴传输层108的厚度为100nm。
6)、在空穴传输层108表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：材料为CH3NH3PbI3，溶剂为DMF，配成质量分数为35％的浆料；刮刀涂布速度为20mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为400nm。
7)、将步骤1-3制备的n区多层结构与4-6制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.01MPa，真空中135℃退火20分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
实施例6
本发明一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法包括：
1)、透明电极基底102的制备：采用沉积在透明的超白玻璃上的ITO透明电极为透明电极基底102，面积为5×5cm2，此类产品有规模化量产的商品化产品可以直接使用。使用前，应将电极表面依次分别使用去离子水、丙酮、异丙醇超声处理，然后使用紫外光清洗机清洁，氮气流吹干备用。
2)、在透明电极基底102上制备第一钙钛矿活性前驱体层105获得n区多层结构：材料为CH3NH3PbCl3，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层105的厚度为300nm。
3)、第二电极110的制备：在基板材料超白玻璃上，印刷纳米银线，材料为商品化银纳米线溶胶，溶剂为异丙醇，浓度50g/L，银纳米线直径约100nm，长度50-100μm。刮刀涂布速度为10mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中80℃退火15分钟。最终得到厚度约为70nm的第二电极110。
4)、在第二电极110表面制备第二钙钛矿活性前驱体层107获得p区多层结构：结构为(RNH3)AXnY3-n(R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数)，溶剂为DMF，配成质量分数为20％的浆料；刮刀涂布速度为15mm/s；涂布温度为室温；刮刀与基底间距为50μm；涂布后经氮气中135℃退火10分钟。最终得到的钙钛矿活性前驱体层107的厚度为300nm。
5)、将步骤1-2制备的n区多层结构与3-4制备的p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.01MPa，真空中135℃退火20分钟，获得本发明一种钙钛矿太阳能电池结构。
该实施例中，相对于实施例1，没有制备电子传输层104与空穴传输层108，可以简化工艺，降低成本，但得到的太阳能电池效率相对实施例稍差。
对比例1
与实施例1相比，对比例1制备工艺的差别在于：按照实施例1的步骤1-3制备，然后在第一钙钛矿活性前驱体层105(CH3NH3PbCl3)上面直接制备第二钙钛矿活性前驱体层107(CH3NH3PbI3)，再进行电子传输层、银纳米线电极的制备；由于制备第二钙钛矿活性前驱体层107(CH3NH3PbI3)时溶剂的侵蚀，很难形成形貌良好的CH3NH3PbI3薄膜；同时对应电子传输层的制备也由于有水的存在，导致器件破坏，最终电池没有效率。
本发明在热扩散前能带示意图如图3。在扩散后，钙钛矿层左侧为Cl相富集、右侧为I相富集，中间过渡层出现费米能级的弯曲，在此梯度下，电子更易于向左侧移动，对应的空穴向右侧移动，增加了激子的收集分离和收集效率。最终对比结果如图4所示，本发明一种钙钛矿太阳能电池结构相对于现有单一层钙钛矿太阳能电池结构，开压、电流密度和效率均得到全面提升；具体为：开压提升至1.11V、电流密度提升至23.1mA/cm2，效率提升至19.2％。
Claims (10)
1.一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于，包括间隔设置的第一电极和第二电极；第一电极和第二电极之间设有至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层。
2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于，所述至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层包括复合的第一钙钛矿活性前驱体层和第二钙钛矿活性前驱体层；第一钙钛矿活性前驱体层和第二钙钛矿活性前驱体层之间形成梯度分布层。
3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于，所述至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层包括三层或者三层以上，相邻两层复合的钙钛矿活性前驱体层之间形成梯度分布层。
4.根据权利要求2或3所述的一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于，梯度分布层沿第一电极至第二电极的方向形成钙钛矿活性前驱体的梯度分布，进而构成费米能级的定向渐变弯曲。
5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于，第一电极为ITO透明电极，第二电极为纳米银线电极。
6.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池结构，其特征在于，第一电极和至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层之间设有电子传输层；第二电极和至少两层复合的钙钛矿活性前驱体层之间设有空穴传输层。
7.一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，包括：
1)、第一电极的制备：沉积ITO透明电极作为第一电极；
2)、在第一电极上制备电子传输层；
3)、在电子传输层表面制备第一钙钛矿活性前驱体层获得n区多层结构；
4)、第二电极的制备：在基板上印刷纳米银线退火后得到第二电极；
5)、在第二电极上制备空穴传输层；
6)、在空穴传输层表面制备第二钙钛矿活性前驱体层获得p区多层结构；
7)、将n区多层结构与p区多层结构，在真空环境下，进行物理压合，获得钙钛矿太阳能电池结构。
8.根据权利要求7所述的一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，步骤7)具体在真空环境下，进行物理压合并退火：真空度≤1×10-5Pa，复合压力0.001-1MPa，真空中退火：130-150℃退火10-30分钟。
9.根据权利要求7所述的一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中第一钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的结构为(RNH3)AXnY3-n；R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数；制备时以DMF为溶剂，配成质量分数为20-35％的浆料；室温涂布后经氮气中100-140℃退火5-10分钟的步骤，得到厚度为200-500nm的第一钙钛矿活性前驱体层。
10.根据权利要求9所述的一种钙钛矿太阳能电池结构的制备方法，其特征在于，步骤3)中第一钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的结构为(RNH3)AXnY3-n；R＝烃基；A＝Pb，Sn；X，Y＝Cl，Br，I；n为0-3的实数；制备时以DMF为溶剂，配成质量分数为20-35％的浆料；室温涂布后经氮气中100-140℃退火5-10分钟的步骤，得到厚度为200-500nm的第二钙钛矿活性前驱体层；第一钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的结构与第二钙钛矿活性前驱体层中所采用钙钛矿活性前驱体的化学组分、能级结构不同。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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