CN109671847A - 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池包括：层叠设置的透明基底、负极、下转换发光层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、上转换发光层和正极，其中，下转换发光层设置在负极与电子传输层之间。本发明所提出的钙钛矿太阳能电池，其上表面和下表面分别增设下转换发光层和上转换发光层，如此，可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光和红外光都转换成可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并可延长电池的长期使用稳定性。

Description

钙钛矿太阳能电池及其制备方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池制造技术领域，具体的，本发明涉及钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
太阳能作为一种清洁、无污染、可再生的能源，如果能将其充分利用，将对人类社会进步和发展做出重大贡献。太阳能电池是指在太阳光的照射下，直接由光能转化为电能的一种光电转换器件，是将太阳能进行有效利用的重要途径之一。太阳能电池发电有利于解决当前和未来的能源危机问题。据估计，若在全球0.4％的陆地面积上覆盖光电转换效率为10％的太阳能电池板，其产生的电量能够满足全球能源需求。因此，大力发展太阳能电池发电技术对于整个人类社会和经济的发展、减少环境污染等具有重要的意义。
其中，钙钛矿太阳能电池作为一种新型太阳电池，具有生产成本低、制备工艺简单、电迁移率高、吸光系数大等优点。自诞生以来，就以惊人的速度刷新效率记录，是太阳能技术的一个重大革新。但是，受带隙宽度的限制，常规钙钛矿太阳电池只吸收太阳总辐射光谱44％左右的可见光，这也就导致电池吸收带隙与入射太阳光谱不匹配，从而造成能量损失，限制了太阳能电池效率的进一步提升。
作为一种在人类生活中扮演着重要角色的现象，发光的产生是由于物体不经过热阶段将其内部以某种方式吸收的能量转换为非平衡福射。某一固体化合物受光子、电场或电离辐射等的激发，发生能量的吸收、存储、传递然后以光的形式发射能量的过程即为固体的发光。除天然的发光物质外，越来越多的发光材料已被人工合成，并应用在诸多方面，除传统的照明领域外，发光材料在很多新领域如太阳能电池等得到更多的关注与研究。根据物质受激发方式的不同，发光主要可分为电致发光和光致发光，而应用于光伏方面更多的是光致发光。光致发光，作为光激发产生发光的过程，一般由基质和发光中心组成，大致分为上转换发光和下转换发光(被统称频域转换材料)。
上转换发光，具体是指将两个或两个以上的低能光子转换成一个高能光子的现象，是将长波长光转换成短波长光的一种方法。近年来，随着纳米技术的崛起，上转换发光纳米材料因其特殊的光电特性，如毒性低、化学稳定性及光稳定性好、发射带隙窄，及发光寿命长等优点，被广泛应用于生物检测及成像、固态激光、三维立体成像、太阳能电池等方面。
下转换发光，也被称为量子裁剪，量子分裂，多光子发射等，指材料吸收一个高能光子后，能发射出两个及两个以上的低能光子，是将短波长光转换成长波长光的一种方法。下转换发光材料在太阳能电池中近年来的应用，也引起了科学家们广泛的研究兴趣。因此，下转换发光能够调节太阳能电池的吸收光谱，可以将短波光子(如紫外线)转移到太阳能电池光谱响应较为敏感的长波光子区域，是一种提高太阳能电池光采集和光电转换效率的有效方法，因而越来越受到人们的关注。
发明内容
本发明是基于发明人的下列发现而完成的：
本发明的发明人在研究过程中发现，现阶段的太阳能电池存在光电转换效率较低、电池组寿命短的问题，现有技术一般采用溶液法把上转换材料或下转换材料引入到钙钛矿太阳能电池中，但是，这种方法难以适用于工业化大规模生产。
为了解决上述的技术问题，发明人在钙钛矿太阳能电池的上表面增设下转换发光层、同时在钙钛矿太阳能电池的背面增设上转换发光层，如此，下转换发光层可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光转换为可见光，而上转换发光层可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的红外光转换为可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并延长电池的长期使用稳定性。
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种对太阳能利用率更高、光电转换效率更高或电池寿命更长的钙钛矿太阳能电池。
在本发明的第一方面，本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池。
根据本发明的实施例，所述钙钛矿太阳能电池包括层叠设置的透明基底、负极、下转换发光层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、上转换发光层和正极，其中，所述下转换发光层设置在所述负极与所述电子传输层之间。
发明人经过研究发现，本发明实施例的钙钛矿太阳能电池，其上表面和下表面分别增设下转换发光层和上转换发光层，如此，可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光和红外光都转换成可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并可延长电池的长期使用稳定性。
另外，根据本发明上述实施例的钙钛矿太阳能电池，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述上转换发光层设置在所述空穴传输层与所述正极之间，或所述正极远离所述负极的一侧。
根据本发明的实施例，形成所述下转换发光层的材料包括掺杂的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、第一氟化物和氧化物中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述硅酸盐为硅酸钇、硅酸镁钙、硅酸锶钙、硅酸钇钠或硅酸铝钙，所述磷酸盐为磷酸钙锂或磷酸锶钙钠，所述硼酸盐为硼酸镁钡，所述钒酸盐为钒酸钇，所述铝酸盐为铝酸锶，所述第一氟化物为氟化钇或氟化镁钾，所述氧化物为氧化钇、氧化锌或二氧化钛。
根据本发明的实施例，所述掺杂的元素包括Er3+、Ho3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Ce3+、Bi3+、Li+和Mn2+中的至少一种。
根据本发明的实施例，形成所述上转换发光层的材料包括稀土元素掺杂的第二氟化物和钨酸钇钠，其中，所述稀土元素包括Yb3+、Er3+、Ho3+、Tm3+和Gd3+中的至少一种，所述第二氟化物为氟化钇钠、氟化镥钠、氟化三氟乙酸钠或氟化镧。
根据本发明的实施例，所述上转换发光层的厚度为2～100纳米。
在本发明的第二方面，本发明提出了一种制备钙钛矿太阳能电池的方法。
根据本发明的实施例，所述方法包括：在透明基底的表面形成负极；通过磁控溅射的方法，在所述负极远离所述透明基底的表面形成下转换发光层；在所述下转换发光层远离所述透明基底的表面依次形成电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层；通过磁控溅射的方法，形成上转换发光层；形成正极。
发明人经过研究发现，采用本发明实施例的制备方法，可通过磁控溅射的方法形成厚度均匀且极薄的下转换发光层和上转换发光层，从而可制备出光电转换效率更高且电池寿命更长的钙钛矿太阳能电池，并且，该制备方法更适于工业化的大规模生产。
另外，根据本发明上述实施例的制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述形成上转换发光层和所述形成正极的步骤包括：通过磁控溅射的方法，在所述空穴传输层远离所述透明基底的表面形成上转换发光层；在所述上转换发光层远离所述透明基底的一侧，形成正极。
根据本发明的实施例，形成所述负极的原料包括碳纳米管和金属纳米线中的至少一种，且形成所述负极的步骤包括：将含有所述负极的原料和溶剂的悬浊液，通过喷涂或浸泡的方法在所述透明基底的表面形成负极，其中，基于所述悬浊液的总重量，所述负极的原料的含量为0.05～3wt％。
根据本发明的实施例，形成所述下转换发光层的原料包括掺杂的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、第一氟化物和氧化物中的至少一种，其中，所述掺杂的元素的掺杂量为0.1～30mol％。
根据本发明的实施例，形成所述上转换发光层的原料包括稀土元素掺杂的第二氟化物和钨酸钇钠，其中，所述稀土元素的掺杂量为1～30mol％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述的方面结合下面附图对实施例的描述进行解释，其中：
图1是本发明一个实施例的钙钛矿太阳能电池的截面结构示意图；
图2是本发明另一个实施例的钙钛矿太阳能电池的截面结构示意图；
图3是本发明一个实施例的制备钙钛矿太阳能电池的方法流程示意图；
图4是本发明另一个实施例的制备钙钛矿太阳能电池的方法流程示意图。
附图标记
100 透明基底
200 负极
300 下转换发光层
400 电子传输层
500 钙钛矿层
600 空穴传输层
700 上转换发光层
800 正极
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，本技术领域人员会理解，下面实施例旨在用于解释本发明，而不应视为对本发明的限制。除非特别说明，在下面实施例中没有明确描述具体技术或条件的，本领域技术人员可以按照本领域内的常用的技术或条件或按照产品说明书进行。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池。
根据本发明的实施例，参考图1，钙钛矿太阳能电池可包括层叠设置的透明基底100、负极200、下转换发光层300、电子传输层400、钙钛矿层500、空穴传输层600、上转换发光层700和正极800，其中，下转换发光层300设置在负极200与电子传输层400之间。如此，设置在钙钛矿太阳能电池上表面的下转换发光层300，可将紫外区的高能光子转换为可被吸收的高能光子，可有效地提高该太阳能电池的光电转换效率。
目前，太阳能电池存在的一个重大问题就是光电转换效率较低，引起这种问题的原因很多，而其中一个重要原因就是太阳能电池光谱响应区域与太阳光谱不匹配。钙钛矿太阳能电池的禁带宽度为1.5eV，对波长小于400nm的紫外光和大于800nm的近红外光波段不能吸收，导致太阳光谱近一半的光不能被钙钛矿太阳能电池利用，这大大限制了电池效率的提高。
此外，具有较高能量的紫外光，会造成电池结构一定程度的破坏，导致电池光电性能下降。紫外光照后，钙钛矿电池中TiO2受激产生电子，电子会与空气中的氧分子反应，形成一种O2-Ti4+带电体，该带电体与TiO2中的空穴反应，释放出O2，留下的自由电子和氧空位，从而将导致杂化钙钛矿分解，进而使电池的稳定性降低。虽然，采用紫外虑光膜可避免紫外光对电池的损害，提高了电池的稳定性，但降低了电池对紫外光的利用，进而减小了电池的光采集效率。而红外光会使电池组件发热，进而导致钙钛矿太阳能电池温度上升，较高的温度会使钙钛矿电池的稳定性降低，缩短电池及组件寿命。
所以，为了解决太阳光谱和太阳能电池响应曲线失配导致的光电转换效率低的技术问题，发明人对对太阳光谱进行光调制：增加的下转换发光层300能将紫外光(波长<400nm)转换为可见光(波长>400nm)，从而使将钙钛矿太阳能电池的吸收光谱从可见光扩展到紫外光，进而增加钙钛矿层的吸收效率；增加的上转换发光层700能将红外光(波长>900nm)转换为可见光(波长<750nm)，从而使将钙钛矿太阳能电池的吸收光谱从可见光扩展到红外光，进而更进一步增加钙钛矿层的吸收效率。
在本发明的一些实施例中，参考图1，上转换发光层700可设置在空穴传输层600与正极800之间，或参考图2，上转换发光层700可设置在正极800远离负极200的一侧。如此，设置在钙钛矿太阳能电池背面的上转换发光层700，可将未被吸收而透过的红外区的低能光子转换为可被吸收的高能光子，从而进一步提高该太阳能电池的光电转换效率。
根据本发明的实施例，形成下转换发光层300的材料可包括掺杂的硅酸盐(例如硅酸钇Y2SiO5、硅酸镁钙Ca7Mg(SiO4)4、硅酸锶钙Ca0.7Sr0.3SiO4、硅酸钇钠Na3YSi2O7或硅酸铝钙Ca2Al2SiO7)、磷酸盐(例如磷酸钙锂LiCaPO4或磷酸锶钙钠Na(Sr0.65Ca0.35)PO4)、硼酸盐(例如硼酸镁钡Ba2Mg(BO3)2)、钒酸盐(钒酸钇YVO4)、铝酸盐(例如铝酸锶SrAl2O4)、第一氟化物(例如氟化钇YF3或氟化镁钾KMgF3)和氧化物(例如氧化钇Y2O3、氧化锌ZnO或二氧化钛TiO2)中的至少一种，其中，掺杂的元素包括稀土元素(例如Er3+、Ho3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Ce3+、Bi3+)、Li+和Mn2+中的至少一种。如此，采用上述的稀土配合物作为下发光材料，具有发光效率高、吸收范围广、荧光寿命长等优点，能将高能量紫外光转换成低能量可见光，从而使其与钙钛矿电池的吸收光谱更加匹配，实现电池对入射太阳光的有效利用，同时还能减小紫外光诱导降解对电池性能的影响。
在本发明的一些实施例中，下转换发光层300的材料中的掺杂量可为0.1～30mol％，如此，采用上述的掺杂范围可使稀土元素等可使下转换发光层300将紫外光转化成可见光的转换率更高。根据本发明的实施例，下转换发光层300的具体厚度不受特别的限制，具体例如2～100nm、30～90nm等，本领域技术人员可根据实际光电转换效率的提高程度进行相应地选择，在此不再赘述。
根据本发明的实施例，形成上转换发光层700的材料可包括稀土元素掺杂的第二氟化物和钨酸钇钠(NaY(WO4)2)，其中，稀土元素包括Yb3+、Er3+、Ho3+、Tm3+和Gd3+中的至少一种，第二氟化物为氟化钇钠(NaYF4)、氟化镥钠(NaLuF4)、氟化三氟乙酸钠(Na(CF3COO)3F4)或氟化镧(LaF3)。如此，采用上述的稀土配合物作为上发光材料，具有发光效率高、吸收范围广、荧光寿命长等优点，且能减小红外光对电池寿命的影响。
在本发明的一些实施例中，上转换发光层700的厚度可为2～100纳米，如此，采用上述纳米级厚度的上转换发光层700可将大部分的红外光转化成可见光。在本发明的一些实施例中，上转换发光层700的材料中的掺杂量可为0.1～30mol％，如此，采用上述的掺杂范围可使稀土元素等可使上转换发光层700将红外光转化成可见光的转换率更高。
根据本发明的实施例，负极200的材料可为直径范围在10nm-200nm之间的单壁或多壁碳的纳米管或金属纳米线形成的透明网络，其中，金属纳米线可为金纳米线、银纳米线、镍纳米线、铜纳米线、铝纳米线、钼纳米线或任意几种的组合及合金等，而金属氧化物透明导电薄膜可包括掺铝氧化锌、掺氟氧化锡、掺锡氧化铟、掺铟氧化锌、掺钨氧化铟、掺硼氧化锌、掺锑氧化锡等，及任意几种电极材料组成的夹层结构。
根据本发明的实施例，正极800的材料可为厚度可为50nm～50微米的碳浆。根据本发明的实施例，透明基底100的具体材料不受特别的限制，具体例如玻璃、聚对苯二甲酸乙二酯(PET)或金属箔等，本领域技术人员可根据该钙钛矿太阳能电池的具体使用性能的要求进行相应地选择，在此不再赘述。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池，其上表面和下表面分别增设下转换发光层和上转换发光层，如此，可将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光和红外光都转换成可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，并可延长电池的长期使用稳定性。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种制备钙钛矿太阳能电池的方法。根据本发明的实施例，参考图3，该制备方法包括：
S100：在透明基底的表面形成负极。
在该步骤中，在透明基底100的表面形成负极200。根据本发明的实施例，形成负极200的具体方法不限，本领域技术人员可根据形成负极200的具体原料进行相应地选择。
在本发明的一些实施例中，形成负极200的原料可包括碳纳米管和金属纳米线中的至少一种，则步骤S100可包括：将含有负极200的原料和溶剂的悬浊液，通过喷涂或浸泡的方法在透明基底的表面形成负极200。其中，基于悬浊液的总重量，负极的原料含量可为0.05～3wt％。具体的，可将碳纳米管或金属纳米线与乙醇等易挥发溶剂形成悬浊液，用喷枪喷到透明基底上，溶剂挥发后形成一层碳纳米管或金属纳米线透明网络电极；也可采用将透明基底浸到碳纳米管或金属纳米线的悬浊液中，然后通过加热溶液使溶剂快速挥发，从而在透明基底上形成透明网络电极；其中，碳纳米管占悬浊液的含量可为0.05～1wt％，而金属纳米线占悬浊液的含量可为0.1～3wt％。如此，可形成一层厚度为50～500nm的碳纳米管或金属纳米线透明网格电极。
S200：通过磁控溅射的方法，在负极远离透明基底的表面形成下转换发光层。
在该步骤中，在步骤S100形成好的负极200远离透明基底100的表面，通过磁控溅射形成下转换发光层300。现有技术中大都采用溶液法制备出频域转换材料，并且，一般选择涂覆在太阳能电池的上表面或底部，但是，本发明的发明人选择通过磁控溅射法在负极中引入下转换发光材料，可将紫外光转变为可见光，不仅避免了紫外光对钙钛矿太阳能电池的损害，从而延长钙钛矿太阳能电池的使用寿命，也能增加钙钛矿层的吸收效率，从而提升钙钛矿太阳能电池及其组件的光伏性能。
在本发明的一些实施例中，形成下转换发光层300的原料包括掺杂的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、第一氟化物和氧化物中的至少一种，其中，掺杂的元素的掺杂量为0.1～30mol％。如此，采用上述稀土元素等掺杂的原料形成下转换发光层300将紫外光转化成可见光的转换率更高。
S300：在下转换发光层远离透明基底的表面依次形成电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层。
在该步骤中，继续在步骤S200形成的下转换发光层300远离透明基底100的表面依次形成电子传输层400、钙钛矿层500和空穴传输层600。根据本发明的实施例，形成电子传输层400、钙钛矿层500和空穴传输层600的具体方法不受特别的限制，具体例如蒸发法等，本领域技术人员可根据上述三层结构的具体材料进行相应地选择，在此不再赘述。
S400：通过磁控溅射的方法，形成上转换发光层。
在该步骤中，通过磁控溅射形成上转换发光层700。在本发明的一些实施例中，形成上转换发光层700的原料可包括稀土元素掺杂的第二氟化物和钨酸钇钠，其中，稀土元素的掺杂量为1～30mol％，如此，采用上述的上转换材料可使上转换发光层700将红外光转化成可见光的转换率更高。
S500：形成正极。
在该步骤中，继续形成正极800。在本发明的一些实施例中，形成正极800的原料可为碳浆，如此，采用刮涂法可形成50nm～50微米厚的正极800。在本发明的另一些实施例中，形成正极800的原料可为金属材料，例如金、银等，如此，采用溅射法形成可形成50nm～50微米厚的正极800。
在本发明的一些实施例中，参考图4，步骤S400和S500可包括：
S610：通过磁控溅射的方法，在空穴传输层远离透明基底的表面形成上转换发光层。
在该步骤中，在步骤S300形成的空穴传输层600远离透明基底100的表面，通过磁控溅射形成上转换发光层600。
S620：在上转换发光层远离透明基底的一侧，形成正极。
在该步骤中，在步骤S610形成的上转换发光层600远离透明基底100的一侧形成正极800，并且，该步骤获得的产品结构参考图1。如此，可获得负极引入下转换发光层、正极引入上转换发光层的钙钛矿太阳能电池，具有太阳能利用率更高、光电转化效率更高且长期使用寿命更长的优点。
在本发明的另一些实施例中，步骤S400和S500也可包括：
S630：在空穴传输层远离透明基底的表面形成正极。
在该步骤中，在步骤S300形成的空穴传输层600远离透明基底100的表面，形成正极800。
S640：通过磁控溅射的方法，在正极远离透明基底的表面形成上转换发光层。
在该步骤中，在步骤S630形成的正极800远离透明基底100的表面上形成上转换发光层700，并且，该步骤获得的产品结构参考图2。如此，可获得负极引入下转换发光层、背面增设上转换发光层的钙钛矿太阳能电池，具有太阳能利用率更高、光电转化效率更高且长期使用寿命更长的优点。
综上所述，根据本发明的实施例，本发明提出了一种制备方法，可通过磁控溅射的方法形成厚度均匀且极薄的下转换发光层和上转换发光层，从而可制备出光电转换效率更高且电池寿命更长的钙钛矿太阳能电池，并且，该制备方法更适于工业化的大规模生产。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
在该实施例中，制备出钙钛矿太阳能电池。具体步骤如下：(1)将含量为0.1wt％的碳纳米管与乙醇形成的悬浊液，用喷枪把悬浊液喷到80℃加热的玻璃基板上，待乙醇挥发后在玻璃表面形成一层碳纳米管透明网络电极；(2)再利用磁控溅射法在该电极表面溅射掺杂1mol％Er3+的Ca0.7Sr0.3SiO4，溅射的厚度为50nm；(3)然后采用蒸发法依次制备出电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层；(4)溅射300nm的金(Au)电极；(5)最后，在金电极表面溅射掺杂2mol％Ho3+的NaYF4，溅射的厚度为60nm，可得到具有频域转换材料的钙钛矿太阳能电池。
实施例2
在该实施例中，制备出钙钛矿太阳能电池。具体步骤如下：(1)将直径为50nm、长度为25微米的银纳米线与乙醇形成悬浊液，其中，银纳米线的含量为0.5wt％，并用喷枪把悬浊液喷到80℃加热的玻璃基板上，待乙醇挥发后在玻璃表面形成一层银纳米线透明网络电极；(2)再利用磁控溅射法在该电极表面溅射掺杂1.5mol％Mn2+的Na3YSi2O7，溅射de1厚度为30nm；(3)然后采用蒸发法依次制备出电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层；(4)溅射300nm的银(Ag)电极；(4)最后，在银电极表面溅射掺杂1.6mol％Gd3+的NaY(WO4)2，溅射的厚度为50nm，可得到具有频域转换材料的钙钛矿太阳能电池。
实施例3
在该实施例中，制备出钙钛矿太阳能电池。具体步骤如下：(1)在洁净的玻璃上溅射300nm厚的氧化铟锡(ITO)透明导电电极；(2)再利用磁控溅射法在该电极表面溅射掺杂2mol％Tb3+的KMgF3，溅射的厚度为20nm；(3)然后采用蒸发法依次制备出电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层；(4)在空穴传输层表面溅射掺杂2.6mol％Tm3+的NaLuF4，溅射的厚度为10nm；(5)最后，通过刮涂法制备出2微米厚的碳浆电极，在80℃的真空干燥箱内烘6h，可得到具有频域转换材料的钙钛矿太阳能电池。
对比例1
在该对比例中，按照与实施例3基本相同的方法和条件，制备出钙钛矿太阳能电池。区别在于，在该对比例中，没有步骤(2)，即钙钛矿太阳能电池中没有下转换发光层。
对比例2
在该对比例中，按照与实施例3基本相同的方法和条件，制备出钙钛矿太阳能电池。区别在于，在该对比例中，没有步骤(4)，即钙钛矿太阳能电池中没有上转换发光层。
实施例4
在该实施例中，分别对实施例1～3和对比例1～2制备出的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率进行测试。
该实施例的光电转换效率测试结果显示，实施例1～3的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率比对比例1～2的更高。
总结
综合实施例1～4和对比例1～2可看出，本发明提出了一种钙钛矿太阳能电池，其上表面和下表面分别增设下转换发光层和上转换发光层，增加的下转换发光层能将紫外光转换为可见光，从而增加钙钛矿层的吸收效率；增加的上转换发光层能将红外光转换为可见光，从而更进一步增加钙钛矿层的吸收效率。如此，不仅能将不能被钙钛矿太阳能电池吸收的紫外光和红外光都转换成可见光，从而増加对太阳光的利用率，进而进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率，还可延长电池的长期使用稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括层叠设置的透明基底、负极、下转换发光层、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层、上转换发光层和正极，其中，所述下转换发光层设置在所述负极与所述电子传输层之间。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述上转换发光层设置在所述空穴传输层与所述正极之间，或所述正极远离所述负极的一侧。
3.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，形成所述下转换发光层的材料包括掺杂的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、第一氟化物和氧化物中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述硅酸盐为硅酸钇、硅酸镁钙、硅酸锶钙、硅酸钇钠或硅酸铝钙，所述磷酸盐为磷酸钙锂或磷酸锶钙钠，所述硼酸盐为硼酸镁钡，所述钒酸盐为钒酸钇，所述铝酸盐为铝酸锶，所述第一氟化物为氟化钇或氟化镁钾，所述氧化物为氧化钇、氧化锌或二氧化钛。
5.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述掺杂的元素包括Er3+、Ho3+、Eu3+、Tb3+、Dy3+、Sm3+、Ce3+、Bi3+、Li+和Mn2+中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，形成所述上转换发光层的材料包括稀土元素掺杂的第二氟化物和钨酸钇钠，其中，所述稀土元素包括Yb3+、Er3+、Ho3+、Tm3+和Gd3+中的至少一种，所述第二氟化物为氟化钇钠、氟化镥钠、氟化三氟乙酸钠或氟化镧。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述上转换发光层的厚度为2～100纳米。
8.一种制备钙钛矿太阳能电池的方法，其特征在于，包括：
在透明基底的表面形成负极；
通过磁控溅射的方法，在所述负极远离所述透明基底的表面形成下转换发光层；
在所述下转换发光层远离所述透明基底的表面依次形成电子传输层、钙钛矿层和空穴传输层；
通过磁控溅射的方法，形成上转换发光层；
形成正极。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述形成上转换发光层和所述形成正极的步骤包括：
通过磁控溅射的方法，在所述空穴传输层远离所述透明基底的表面形成上转换发光层；
在所述上转换发光层远离所述透明基底的一侧，形成正极。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述负极的原料包括碳纳米管和金属纳米线中的至少一种，且形成所述负极的步骤包括：
将含有所述负极的原料和溶剂的悬浊液，通过喷涂或浸泡的方法在所述透明基底的表面形成负极，其中，基于所述悬浊液的总重量，所述负极的原料的含量为0.05～3wt％。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述下转换发光层的原料包括掺杂的硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐、钒酸盐、铝酸盐、第一氟化物和氧化物中的至少一种，其中，所述掺杂的元素的掺杂量为0.1～30mol％。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，形成所述上转换发光层的原料包括稀土元素掺杂的第二氟化物和钨酸钇钠，其中，所述稀土元素的掺杂量为1～30mol％。
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