CN110931640A - 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
钙钛矿太阳能电池及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110931640A CN110931640A CN201811092484.1A CN201811092484A CN110931640A CN 110931640 A CN110931640 A CN 110931640A CN 201811092484 A CN201811092484 A CN 201811092484A CN 110931640 A CN110931640 A CN 110931640A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- transport layer
- electron transport
- perovskite
- solar cell
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 26
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 119
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 62
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 60
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 44
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 24
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 19
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 9
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 claims description 8
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 125000005843 halogen group Chemical group 0.000 claims 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 claims 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 70
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 15
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 12
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 12
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M copper(1+);thiocyanate Chemical compound [Cu+].[S-]C#N PDZKZMQQDCHTNF-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 150000002367 halogens Chemical group 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 5
- 238000001505 atmospheric-pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 4
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 4
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical group [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 3
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 3
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 description 3
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 3
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N titanium dioxide Inorganic materials O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 229910021389 graphene Chemical group 0.000 description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L lead(ii) iodide Chemical compound I[Pb]I RQQRAHKHDFPBMC-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N sulfonyldimethane Chemical compound CS(C)(=O)=O HHVIBTZHLRERCL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 2
- XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 207739-72-8 Chemical compound C1=CC(OC)=CC=C1N(C=1C=C2C3(C4=CC(=CC=C4C2=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC(=CC=C1C1=CC=C(C=C13)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)N(C=1C=CC(OC)=CC=1)C=1C=CC(OC)=CC=1)C1=CC=C(OC)C=C1 XDXWNHPWWKGTKO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Chemical group 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 239000005361 soda-lime glass Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
- H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
- H10K30/152—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising zinc oxide, e.g. ZnO
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
本申请涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳能电池包括电子传输层和钙钛矿吸收层。所述电子传输层与所述钙钛矿吸收层层叠设置。所述电子传输层的材料为ZnxSn(1‑x)O(2‑x)，其中x的范围是0＜x＜1。本申请提供的所述电子传输层材料的结构的制备方法简单，工艺条件要求较低，并且所述电子传输层材料的能带结构容易调整。
Description
技术领域
本申请涉及光电器件技术领域，特别是涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备。
背景技术
钙钛矿太阳能电池由于具有光电转换效率高、成本低、制作简单等突出优点。因此成为最具前景的太阳能电池并且成为研究热点。目前提高钙钛矿太阳电池的效率，一是调整钙钛矿电池的各层的材料成分，研发性能更加优良的物质替代空穴传输层、所述钙钛矿吸收层或电子传输层；二是优化结构或调控钙钛矿电池各层的性能来优化界面性能。
目前，钙钛矿型太阳电池通常采用SnO2或者TiO2为电子传输层，能够获得比较高的转化效率。通常以TiO2作为电子传输层结构需要两层结构，一层为致密的TiO2层，一层为介孔结构的TiO2层，而且都需要高达500℃温度烧结制备，两层厚度300nm以上。如果采用SnO2作为电子传输层一般需要采用氧化锡的纳米颗粒溶液通过涂敷、退火的工艺或者喷涂的方法制备出纳米颗粒粉体薄膜。采用TiO2作为电子传输层需要采用溶液法涂敷并高温烧结，制备的电子传输层的均匀性差，同时高温会影响衬底的性能，工艺过程复杂。并且TiO2的能带结构调整难度大。SnO2技术无论通过涂敷、退火还是喷涂，都具有较差的均匀性，并且SnO2能带结构调整难度大。
发明内容
基于此，有必要针对目前的电子传输层的工艺难度大，并且制备出电子传输层的能带结构调整难度大的问题，提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括：
钙钛矿吸收层；
电子传输层，与所述钙钛矿吸收层层叠设置，所述电子传输层的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0＜x＜1。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0＜x＜0.5，优选地，x的范围为0.3-0.4。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿吸收层的材料为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，0.1＜y＜0.4，X为卤族元素，优选地，y的范围为0.15-0.3。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0.5＜x＜1，优选地，x的范围为0.6-0.9。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿吸收层的材料为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，X为卤族元素，0.5＜y＜0.95，优选地，y的范围为0.6-0.9。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿吸收层的材料为FA0.15MA0.85PbX3，所述电子传输层的材料Zn0.3Sn0.7O1.7。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层的厚度为5nm-100nm，可选地，所述电子传输层的厚度为20nm-90nm，优选地，所述电子传输层的厚度为40nm-50nm。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿太阳能电池还包括：
衬底；
透明导电层，设置于所述衬底的表面；
所述电子传输层设置于所述透明导电层远离所述衬底的表面，所述钙钛矿吸收层设置于所述电子传输层远离所述透明导电层的表面；
空穴传输层，设置于所述钙钛矿吸收层远离所述电子传输层的表面；以及
金属电极层，设置于所述空穴传输层远离所述钙钛矿吸收层的表面。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿太阳能电池还包括：
衬底；
透明导电层，设置于所述衬底的表面；
空穴传输层，设置于所述透明导电层远离所述衬底的表面；
所述钙钛矿吸收层设置于所述空穴传输层远离所述透明导电层的表面；
所述电子传输层，设置于所述钙钛矿吸收层远离所述空穴传输层的表面；以及
金属电极层，设置于所述电子传输层远离所述钙钛矿吸收层的表面。
根据本发明的另外一个方面，还提供了一种制备上述钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下工序：
在衬底的表面沉积透明导电层；
在所述透明导电层的表面沉积电子传输层；
在所述电子传输层远离所述透明导电层的表面沉积钙钛矿吸收层；
在所述钙钛矿吸收层远离所述电子传输层的表面沉积空穴传输层；
在所述空穴传输层远离所述钙钛矿吸收层的表面沉积金属电极层。
根据本发明的另外一个方面，还提供了一种制备上述钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下工序：
在衬底的表面沉积透明导电层；
在所述透明导电层的表面沉积空穴传输层；
在所述空穴传输层远离所述透明导电层的表面沉积钙钛矿吸收层；
在所述钙钛矿吸收层远离所述空穴传输层的表面沉积电子传输层；
在所述电子传输层远离所述钙钛矿吸收层的表面沉积金属电极层。
根据本申请的一种具体实施方式，采用磁控溅射的方法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层，磁控溅射的气氛为氩气与氧气的体积比为10:1-5:1。磁控溅射的气氛为氩气与氧气的体积比为8:1-9:1，磁控溅射的压强为10Pa-40Pa，优选地，磁控溅射的压强为20Pa-30Pa,磁控溅射的功率密度为1W/cm2-10W/cm2,优选地，磁控溅射的压强为2W/cm2-5W/cm2。
本申请中提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳能电池包括电子传输层和钙钛矿吸收层。所述电子传输层与所述钙钛矿吸收层层叠设置。所述电子传输层的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围是0＜x＜1。本申请提供的所述电子传输层材料的结构的制备方法简单，工艺条件要求较低，并且所述电子传输层材料的能带结构容易调整。
附图说明
图1为本申请一个实施例中提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图2为本申请一个实施例中提供的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；
图3A为本申请一个实施例中提供的电子传输层与钙钛矿吸收层界面处的能带结构示意图；
图3B为本申请一个实施例中提供的电子传输层与钙钛矿吸收层界面处的能带结构示意图；
图3C为本申请一个实施例中提供的电子传输层与钙钛矿吸收层界面处的能带结构示意图；
图3D为本申请一个实施例中提供的电子传输层与钙钛矿吸收层界面处的能带结构示意图；
图4为本申请一个实施例中提供的钙钛矿太阳能电池的电流和电压关系曲线图。
附图标号说明：
钙钛矿太阳能电池 100
衬底 10
透明导电层 20
电子传输层 30
钙钛矿吸收层 40
空穴传输层 50
金属电极层 60
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请钙钛矿太阳能电池及其制备方法进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供一种钙钛矿太阳能电池100以及所述钙钛矿太阳能电池的制备方法。
根据本申请的一种具体实施方式,提供一种钙钛矿太阳能电池100包括电子传输层30和钙钛矿吸收层40。所述电子传输层30和所述钙钛矿吸收层40层叠设置。所述电子传输层30的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围是0＜x＜1。
本实施例中，提供ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30可以通过含量x的变化使得所述电子传输层能带结构顺利的调整，使所述电子传输层30的能级结构与所述钙钛矿吸收层40的能级结构更匹配。所述电子传输层30(ZnxSn(1-x)O(2-x))可以选择多种制备方法，比如采用磁控溅射或者化学气相沉积的方法。并且所述电子传输层30在制备过程中要求的工艺参数容易达到。本申请制备所述电子传输层30的方法可以解决大面积沉积均匀性的问题，使得所述电子传输层30更适合于制作大面积的所述钙钛矿太阳能电池100以及其他太阳能电池器件。
请参阅图1，根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿太阳能电池100还包括衬底10、透明导电层20、空穴传输层50和金属电极层60。
所述衬底10采用的材料可以为本领域内常用的透明衬底，例如可以是玻璃、钠钙玻璃或者透明聚合物。所述衬底10的选择可以根据科技的发展不断的更新衬底的可以选方案。
所述透明导电层20设置于所述衬底10的表面。所述透明导电层20采用的材料可以为本领域内常用的透明导电层，例如可以为FTO(掺氟氧化锡)、AZO(掺铝氧化锌)、ITO(氧化铟锡)或者其他材料。沉积所述透明导电层20的方法可以为化学气相沉积、磁控溅射等。所述透明导电层20的厚度可以为50纳米到3000纳米。所述透明导电层20既可以保证足够的机械承载力，又可以减少透明基底层对光的吸收，以使更多的光进入所述钙钛矿吸收层20中，从而增加光的吸收利用。
所述电子传输层30设置于所述透明导电层20远离所述衬底10的表面。所述电子传输层30可以为ZnxSn(1-x)O(2-x)。根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30可以采用磁控溅射的方法，采用ZnxSn(1-x)O(2-x)靶材，可以根据需要选择不同ZnO与SnO2组分比来调整所述电子传输层30的材料成分。根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30还可以采用化学气相沉积的方法，沉积可以选择以TMT(Sn(CH3)4)和DEZ(Zn(C2H5)2)为代表的有机金属化合物作为反应气体的Sn源和Zn源，通过调整气体组分来调整电子传输层ZnO与SnO2组分比。具体的，所述TMT和所述DEZ的比例调控可以根据所述电子传输层30的具体需要进行设置。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30的厚度为5nm-100nm。优选的，所述电子传输层30的厚度可以为40nm-50nm。根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30的材料为Zn0.5Sn0.5O1.5。根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30的材料为Zn0.6Sn0.4O1.4。所述电子传输层30选取合适的厚度可以通过电子空穴对的运动结合，提高所述钙钛矿太阳能电池100的转换效率。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30的材料为Zn0.3Sn0.7O1.7。根据本申请的一种具体实施方式，采用Zn0.3Sn0.7O1.7作为所述电子传输层30，制备的所述钙钛矿太阳能电池100的填充因子为0.795。根据本申请的一种具体实施方式，采用Zn0.3Sn0.7O1.7作为所述电子传输层30，制备的所述钙钛矿太阳能电池100的有效面积效率为21.67％。具体的，所述钙钛矿太阳能电池100的有效转化面积可以提升9.8％-13％(具体可参见本申请说明书的表1)。
所述钙钛矿吸收层40设置于所述电子传输层30远离所述透明导电层20的表面。所述钙钛矿吸收层40采用的材料可以为本领域内常用的钙钛矿吸收层，例如所述钙钛矿吸收层40可以为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，0≤y≤1，X为卤族元素。所述钙钛矿吸收层40还可以是(FAPbI3)y(MAPbBr3)1-y其中，0≤y≤1。优选地，y的范围为0.15、0.3、0.85或者0.9。制备所述钙钛矿吸收层40的方法可以是刮涂、喷涂、蒸发或者气相输运沉积(VTD)。所述钙钛矿吸收层40的厚度可以为100nm到2000nm。优选的，所述钙钛矿吸收层40的厚度可以为250nm到500nm。
所述空穴传输层50设置于所述钙钛矿吸收层40远离所述电子传输层30的表面。所述空穴传输层50采用的材料可以为本领域内常用的空穴传输层，例如所述空穴传输层50的材料可以为Spiro-OMeTAD、CuSCN或者其他材料。所述空穴传输层50的沉积方法可以为喷涂、刮涂、蒸发或者气相输运沉积(VTD)。所述空穴传输层50的厚度为1纳米到10微米。优选的，所述空穴传输层50的厚度可以为5纳米到100纳米。
所述金属电极层60设置于所述空穴传输层50远离所述钙钛矿吸收层40的表面。所述金属电极层60可以采用蒸发或者磁控溅射的方法制备。所述金属电极层60采用的材料可以为本领域内常用的金属电极材料。例如所述金属电极层60的材料可以是Al、Mo、Ag等金属材料，也可以是石墨、石墨烯等其他导电良好的材料，也可以为各种材料的复合结构。例如所述金属电极层60可以是Mo/Al/Cr三层金属在电荷传输材料或者上依次堆叠形成的结构，或者石墨烯/Mo/Ag/Cr四层薄膜在电荷传输材料或者上依次堆叠形成的结构。所述金属电极层60的主要作用是将所述空穴传输层50传导出的电荷收集并产生电流，同时在太阳能电池器件的制造及工作中不损伤其他材料。因此达到这一目的的其他材料及构成方式均适用。
本实施例中，提供了一种所述钙钛矿太阳能电池100的正式结构。所述钙钛矿太阳能电池100包括所述衬底10、所述透明导电层20、所述电子传输层30、所述钙钛矿吸收层40、所述空穴传输层50和所述金属电极层60。正式结构的所述钙钛矿太阳能电池100采用ZnxSn(1-x)O(2-x)(x的范围是0＜x＜1)作为所述电子传输层30，可以通过含量x的变化使得所述电子传输层能带结构顺利的调整，使所述电子传输层30的能级结构与所述钙钛矿吸收层40的能级结构更匹配。所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法中工艺步骤简单，工艺参数要求较低。
请参阅图2，根据本申请的一种具体实施方式，提供一种反式结构的所述钙钛矿太阳能电池100。所述钙钛矿太阳能电池100的正式结构和反式结构中，所述电子传输层30、所述钙钛矿吸收层40和所述空穴传输层50三者的位置关系发生了变化。具体的，所述钙钛矿太阳能电池100的正式结构是指：所述电子传输层30位于所述钙钛矿吸收层40靠近所述透明导电层20的一侧，也即所述空穴传输层50位于所述钙钛矿吸收层40远离所述透明导电层20的一侧。所述钙钛矿太阳能电池100的反式结构是指：所述电子传输层30位于所述钙钛矿吸收层40远离所述透明导电层20的一侧，也即所述空穴传输层50位于所述钙钛矿吸收层40靠近所述透明导电层20的一侧。
所述钙钛矿太阳能电池100还包括衬底10、透明导电层20、空穴传输层50和金属电极层60。所述透明导电层20设置于所述衬底10的表面。所述空穴传输层50设置于所述光透明导电层20远离所述衬底10的表面。所述钙钛矿吸收层40设置于所述空穴传输层50远离所述透明导电层20的表面。所述电子传输层30，设置于所述钙钛矿吸收层40远离所述钙钛矿吸收层40的表面。所述金属电极层60设置于所述电子传输层30远离所述钙钛矿吸收层40的表面。
本实施例中提供了一种反式结构的所述钙钛矿太阳能电池100。反式结构的所述钙钛矿太阳能电池100采用ZnxSn(1-x)O(2-x)(x的范围是0＜x＜1)作为所述电子传输层30，可以通过含量x的变化使得所述电子传输层能带结构顺利的调整，使所述电子传输层30的能级结构与所述钙钛矿吸收层40的能级结构更匹配。所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法中工艺步骤简单，工艺参数要求较低。另外，反式结构的所述钙钛矿太阳能电池100具有器件结构简单并且制备方便，迟滞效应不明显以及可制作柔性器件的优点。更优选地，当所述钙钛矿太阳能电池100为反式结构时，所述空穴传输层50可以选用无机空穴传输材料层。这样所述钙钛矿太阳能电池为全无机钙钛矿电池，可以进一步提高钙钛矿电池的稳定性和寿命。
根据本发明的另外一个方面，还提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，用于制备正式结构的所述钙钛矿太阳能电池100。所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法包括以下工序：
在衬底10的表面沉积透明导电层20。所述透明导电层20的沉积方法并不限定。所述透明导电层20的厚度和选材在前面已经提到过，在此不再赘述，具体的可以参见下述的实施例。
在所述透明导电层20的表面沉积电子传输层30。本步骤中，可以采用磁控溅射的方法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30，磁控溅射的气氛为氩气与氧气的体积比为10:1-5:1，优选地，磁控溅射的气氛为氩气与氧气的体积比为8:1-9:1。磁控溅射的压强为10Pa-40Pa，优选地，磁控溅射的压强为20Pa-30Pa。磁控溅射的功率密度为1W/cm2-10W/cm2,优选地，磁控溅射的压强为2W/cm2-5W/cm2。
在所述电子传输层30远离所述透明导电层20的表面沉积钙钛矿吸收层40。所述钙钛矿吸收层40的沉积方法并不限定。所述钙钛矿吸收层40的厚度和选材在前面已经提到过，在此不再赘述，具体的可以参见下述的实施例。
在所述钙钛矿吸收层40远离所述电子传输层30的表面沉积空穴传输层50。所述空穴传输层50的沉积方法并不限定。所述空穴传输层50的厚度和选材在前面已经提到过，在此不再赘述，具体的可以参见下述的实施例。
在所述空穴传输层50远离所述钙钛矿吸收层40的表面沉积金属电极层60。所述金属电极层60的沉积方法并不限定。所述金属电极层60的厚度和选材在前面已经提到过，在此不再赘述，具体的可以参见下述的实施例。
根据本申请的一种具体实施方式，在所述钙钛矿吸收层40远离所述钙钛矿吸收层40的表面沉积电子传输层30也可以采用低压力化学气相沉积法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30，沉积前驱体气体为TMT(Sn(CH3)4)和DEZ(Zn(C2H5)2)，氧化剂为H2O，沉积环境的真空压强为50Pa，沉积时的衬底温度为160℃，反应时间为50秒，沉积所述电子传输层30的厚度为40nm。
本实施例中，提供的所述制备方法可以采用磁控溅射的方法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30。所述制备方法可以通过改变所述ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的大小调整所述电子传输层30的能带结构及电子迁移率等，进一步调整所述钙钛矿太阳能电池100的性能，进而提高钙钛矿太阳电池的性能。所述电子传输层30的制备工艺简单，更易于大面积廉价制备，进而降低制造工艺成本、提高大面积的所述电子传输层30的均匀性。
根据本申请的一种具体实施方式，提供一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，用于制备反式结构的所述钙钛矿太阳能电池100。所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法包括：
在衬底10的表面沉积透明导电层20。
在所述透明导电层20远离所述衬底10的表面沉积空穴传输层50。
在所述空穴传输层50远离所述透明导电层20的表面沉积钙钛矿吸收层40。
在所述钙钛矿吸收层40远离所述钙钛矿吸收层40的表面沉积电子传输层30，采用低压力化学气相沉积法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30，沉积前驱体气体为TMT(Sn(CH3)4)和DEZ(Zn(C2H5)2)，氧化剂为H2O，沉积环境的真空压强为50Pa，沉积时的衬底温度为160℃，反应时间为50秒，沉积所述电子传输层30的厚度为40nm。
在所述电子传输层30远离所述钙钛矿吸收层40的表面沉积金属电极层60。
本实施例中，提供的方法可以参考针对正式结构的所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法，其区别在于：第一，制备所述电子传输层30、所述钙钛矿吸收层40和所述空穴传输层50的顺序发生变化。第二，制备所述电子传输层30的方法和工艺参数发生变化。本实施例子中提供的反式结构的所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法采用低压力化学气相沉积法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30。所述制备方法可以通过改变所述ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的大小调整所述电子传输层30的能带结构及电子迁移率等，进而提高所述钙钛矿太阳电池100的性能。所述电子传输层30的制备工艺简单，更易于大面积廉价制备，进而降低制造工艺成本、提高大面积的所述电子传输层30的均匀性。
根据本发明的另外一个方面，还提供了一种制备上述钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下工序：
在衬底10的表面沉积透明导电层20；
在所述透明导电层20的表面沉积空穴传输层50；
在所述空穴传输层50远离所述透明导电层20的表面沉积钙钛矿吸收层40；
在所述钙钛矿吸收层40远离所述空穴传输层50的表面沉积电子传输层30；
在所述电子传输层30远离所述钙钛矿吸收层40的表面沉积金属电极层60。
本实施例中，制备的所述钙钛矿太阳能电池100为如图2所示的结构，所述钙钛矿太阳能电池100为反式结构。本步骤中具体制备每一层时采用的工艺参数可以参考上述实施例中给出的工艺参数。可以理解本申请提供了两种形式的所述钙钛矿太阳能电池100的制备方法。
基于本申请提供以下的具体实施例：
实施例一：
(一)在玻璃衬底10的表面采用常压化学气相沉积(APCVD)的方法沉积掺氟氧化锡(FTO)作为所述透明导电层20。所述透明导电层20的厚度为400nm。所述透明导电层20的方阻为10Ω/□。
(二)在所述透明导电层20的表面采用磁控溅射的方法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30。磁控溅射选用的靶材成分ZnO：SnO2为3：7，磁控沉积的压强为20Pa；沉积气氛为氩气与氧气混合气，其中氧气比例20％溅射功率密度为3W/cm2；所述电子传输层30的厚度为50nm。
(三)在所述电子传输层30的表面沉积所述钙钛矿吸收层40。所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.15MA0.85PbI3；厚度为300nm；沉积方法为共蒸发的方法。蒸发源有PbI2、MAI、FAI；PbI2源温度为350℃，MAI源温度为150℃，FAI源温度为100℃；衬底温度为50℃；真空腔室压力为0.1Pa。
(四)在所述钙钛矿吸收层40的表面采用真空蒸发的方法沉积40nm厚的所述空穴传输层50。所述空穴传输层50的材料可以为CuSCN。真空蒸发时的蒸发源为CuSCN；蒸发源温度为150℃；衬底温度为40℃；真空腔室压力为10Pa。
(五)在所述空穴传输层50的表面蒸镀所述金属电极层60。所述金属电极层60的材料为Au，厚度80nm。
实施例二：
(一)在玻璃衬底10的表面采用磁控溅射方法沉积氧化铟锡(ITO)作为所述透明导电层20。所述透明导电层20的厚度为200nm；方阻为10Ω/□。
(二)在所述透明导电层20的表面采用磁控溅射沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层30。选用靶材成分ZnO：SnO2为1：9，即ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的值为0.1。沉积压力为20Pa；沉积气氛为氩气与氧气的混合气，其中氧气所占比例为10％；溅射功率密度为2W/cm2；所述电子传输层30的厚度为50nm。
(三)在所述电子传输层30的表面沉积所述钙钛矿吸收层40。所述钙钛矿吸收层40的材料为FAPbI3；沉积方法为旋涂法。具体的旋涂所述钙钛矿吸收层40时，先将溶液二甲基砜的PbI2前驱体旋涂到所述电子传输层30的表面，然后旋涂FAI2溶液。利用分子交换过程制备FAPbI3；所述钙钛矿吸收层40的厚度为200nm。
(四)在所述钙钛矿吸收层40的表面采用旋涂法制备聚噻吩乙酸(PTAA)作为所述空穴传输层50。所述空穴传输层50的厚度100nm。
(五)在所述空穴传输层50的表面蒸镀所述金属电极层。所述金属电极层60的材料为Au，厚度80nm。
实施例三：
(一)在玻璃衬底10的表面采用常压化学气相沉积(APCVD)的方法沉积掺氟氧化锡(FTO)作为所述透明导电层20。所述透明导电层20的厚度为400nm。所述透明导电层20的方阻为10Ω/□。
(二)在所述透明导电层20的表面采用LPCVD沉积Zn0.3Sn0.7O1.7作为所述电子传输层30。沉积前驱体气体为TMT(Sn(CH3)4)和DEZ(Zn(C2H5)2)，比例为7：3；氧化剂为H2O；真空压力为50Pa；衬底温度为160℃；反应时间为50秒。所述电子传输层30的厚度为40nm。
(三)在所述电子传输层30的表面沉积所述钙钛矿吸收层40。所述钙钛矿吸收层40的材料为FA0.85MA0.15PbI3；所述钙钛矿吸收层40的厚度为300nm；沉积方法为共蒸发法。蒸发源有PbI2、MAI、FAI；PbI2源温度为350℃，MAI源温度为140℃，FAI源温度为120℃；衬底温度为50℃；真空腔室压力为0.1Pa。
(四)在所述钙钛矿吸收层40的表面采用真空蒸发的方法沉积40nm厚的所述空穴传输层50。所述空穴传输层50的材料可以为CuSCN。真空蒸发时的蒸发源为CuSCN；蒸发源温度为150℃；衬底温度为40℃；真空腔室压力为10Pa。
(五)在所述空穴传输层50的表面蒸镀所述金属电极层。所述金属电极层60的材料为Au，厚度80nm。
本申请给出了以上三个实施例的具体制备过程。三个实施例中所述电子传输层30选用ZnxSn(1-x)O(2-x)，并对x取不同的数值，以构成不同结构形式的所述钙钛矿太阳能电池100。三个实施例中给出的所述钙钛矿吸收层40的材料也不相同。可以理解，本申请中制备了其他更多的所述钙钛矿太阳能电池100的具体结构，其试验的步骤在此不作一一的限定，后续其他的实施例中可以参阅实施例一中的各个步骤。
请参阅表1提供了所述电子传输层30选取不同材料时，所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比表。表1中给出了当所述钙钛矿吸收层材料40为FA0.15MA0.85PbI3时，所述电子传输层30ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的取值分别为0、0.1、0.3、0.4、0.5、0.6和1值时，所述钙钛矿太阳能电池100的性能参数。表1中给出的7种所述钙钛矿太阳能电池100的样品，在制备上述7种所述钙钛矿太阳能电池100时，可以参考上述实施例一中的各个步骤进行，只是将步骤(二)中选用不同的靶材(7组实验选用的靶材分别为SnO2、Zn0.1Sn0.9O1.9、Zn0.3Sn0.7O1.7、Zn0.4Sn0.6O1.6、Zn0.5Sn0.5O1.5、Zn0.6Sn0.4O1.4和ZnO)进行沉积。直接为采用实施例一制备的所述钙钛矿太阳能电池100。对表1中的7种所述钙钛矿太阳能电池100的样品均采用IEC60904-3:2008标准进行测试，得到以下的测试结果。
表1：所述钙钛矿吸收层40的材料为FA0.15MA0.85PbI3，所述电子传输层30选取不同材料时，所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比表
表1中提供了ZnO和SnO2作为所述电子传输层30的对照试验参数。由于ZnO和SnO2的电子亲和势不同，获取电子的能力不同，也使得导带位置不同。其中ZnO的电子亲和势一般为4.2eV，SnO2的电子亲和势一般为5.2eV。而本申请实施例中通过调整ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的值可以改变膜层材料的导带位置。进而获得更适合所述钙钛矿吸收层40的导带位置，利于所述电子传输层30对所述钙钛矿吸收层40电子的提取。
可以理解，有效的提取所述钙钛矿吸收层40的电子，需要所述电子传输层30的电子亲和势大于所述钙钛矿吸收层40的电子亲和势。但是如果所述电子传输层30的电子亲和势比所述钙钛矿吸收层40的电子亲和势低太多，就会使得所述电子传输层30的导带位置和所述钙钛矿吸收层40的价带位置差距太小，导致电子空穴容易在界面处复合，使得太阳电池性能降低。因此为了达到最佳的能带匹配，进而达到最佳的太阳电池性能，需要通过改变ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的值，改变所述电子传输层30的电子亲和势。由于目前所述钙钛矿吸收层40有各种成分，并且不同的工艺在界面处成分也有差别，为了更好的带隙匹配。因此在不同工艺中通过调整ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的值来实现完美的能带匹配。
以下具体的分析表1中的数据：有效面积效率可以是所述钙钛矿太阳能电池100可以发电区域的面积。所述钙钛矿太阳能电池100的有效面积效率越高，所述钙钛矿太阳能电池100功能层的发电能力越强。本申请的具体实施方式，得到的所述钙钛矿太阳能电池100的有效面积效率在20％-22％之间，大于采用SnO2或者ZnO作为所述电子传输层30的所述钙钛矿太阳能电池100的有效面积效率。由表1中给出的数据可以看出当ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的取值为0.3时，所述钙钛矿太阳能电池100的有效面积效率最高，能达到21.67％。
所述钙钛矿太阳能电池100的开路电压是由于光照在所述钙钛矿太阳能电池100的正极和负极之间产生的电动势。在接通外电路时，只要光照不停止，电流就会源源不断地输出。所述钙钛矿太阳能电池100的开路电压可以通过本领域的测试方法得到，比如通过伏特表测量或者电势补偿法测量得到。所述钙钛矿太阳能电池100的开路电压越高，所述钙钛矿太阳能电池100的正极和负极之间产生的电动势越强。本申请的一种具体实施方式，得到的所述钙钛矿太阳能电池100的开路电压能达到1.15V。
电流密度是指，所述钙钛矿太阳能电池100的短路电流除以受光照的电池吸收层面积。所述钙钛矿太阳能电池100的电流密度的方向为从所述金属电极层60到所述透明导电层20。在所述钙钛矿太阳能电池100的开路电压和填充因子不降低时，测试得到的电流密度越大，所述钙钛矿太阳能电池100的性能越好。本申请的具体实施方式，得到的所述钙钛矿太阳能电池100的电流密度在23.7mA/cm2。
填充因子(FF)是指所述钙钛矿太阳能电池100具有最大输出功率时的电流和电压的乘积与短路电流和开路电压乘积的比值。填充因子应尽可能接近于1(即100％)，填充因子越大，所述钙钛矿太阳能电池100的质量越高。本申请的实施例中，所述钙钛矿太阳能电池100的填充因子在79.5％。所述钙钛矿太阳能电池100的材料和器件结构不同可以改变填充因子的大小。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0＜x＜0.5。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿吸收层40的材料为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，0.1＜y＜0.4，X为卤族元素，优选地，y的范围为0.15-0.3。
具体的，再次制备多组所述钙钛矿太阳能电池100，制备过程和具体的参数可以参考上述实施例一中的各个步骤进行。其中将实施例一中步骤(三)中所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.3MA0.7PbI3。将实施例一中步骤(二)在所述透明导电层20的溅射靶材分别选用SnO2、Zn0.1Sn0.9O1.9、Zn0.2Sn0.8O1.8、Zn0.3Sn0.7O1.7、Zn0.4Sn0.6O1.6、Zn0.5Sn0.5O1.5、Zn0.6Sn0.4O1.4和ZnO制备8组所述钙钛矿太阳能电池100。对上述8组所述钙钛矿太阳能电池100均采用IEC60904-3:2008标准进行测试，得到表2所示的测试结果。如表2所示，当所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.3MA0.7PbI3，所述电子传输层30的材料为Zn0.4Sn0.6O1.6时，所述钙钛矿太阳能电池100的性能最优。具体的，以上8组所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比请参考表2，在此不再赘述。
表2：所述钙钛矿吸收层40的材料为FA0.3MA0.7PbI3，所述电子传输层30选取不同材料时，所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比表
从上述表1和2中的数据可以得知，当所述钙钛矿吸收层40的材料(FA)y(MA)(1-y)PbX3其中y的范围为0.1＜y＜0.4时，所述电子传输层30的材料ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的范围为0＜x＜0.5。
根据本申请的一种具体实施方式，所述电子传输层30的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0.5＜x＜1。
根据本申请的一种具体实施方式，所述钙钛矿吸收层40的材料为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，X为卤族元素，0.5＜y＜0.95，优选地，y的范围为0.9。
具体的，再次制备多组所述钙钛矿太阳能电池100，制备过程和具体的参数可以参考上述实施例一中的各个步骤进行。其中将实施例一中步骤(三)中所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.9MA0.1PbI3。将实施例一中步骤(二)在所述透明导电层20的溅射靶材分别选用Zn0.6Sn0.4O1.4、Zn0.7Sn0.3O1.3、Zn0.8Sn0.2O1.2、Zn0.9Sn0.1O1.1和Zn0.4Sn0.6O1.6，制备8种所述钙钛矿太阳能电池100。对上述8种所述钙钛矿太阳能电池100均采用IEC60904-3:2008标准进行测试，得到表3所示的测试结果。如表3所示，当所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.9MA0.1PbI3，所述电子传输层30的材料为Zn0.8Sn0.2O1.2时，所述钙钛矿太阳能电池100的性能最优。具体的，以上8种所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比请参考表3，在此不再赘述。
表3：所述钙钛矿吸收层40的材料为FA0.9MA0.1PbI3，所述电子传输层30选取不同材料时，所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比表
具体的，再次制备多组所述钙钛矿太阳能电池100，制备过程和具体的参数可以参考上述实施例一中的各个步骤进行。其中将实施例一中步骤(三)中所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.6MA0.4PbI3。将实施例一中步骤(二)在所述透明导电层20的溅射靶材分别选用SnO2、Zn0.4Sn0.6O1.6、Zn0.5Sn0.5O1.5、Zn0.6Sn0.4O1.4、Zn0.7Sn0.3O1.3、Zn0.8Sn0.2O1.2、Zn0.9Sn0.1O1.1和ZnO，制备8种所述钙钛矿太阳能电池100。对上述8种所述钙钛矿太阳能电池100均采用IEC60904-3:2008标准进行测试，得到表3所示的测试结果。如表4所示，当所述钙钛矿吸收层40的材料选用FA0.6MA0.4PbI3，所述电子传输层30的材料为Zn0.7Sn0.3O1.3时，所述钙钛矿太阳能电池100的性能最优。具体的，以上8种所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比请参考表4，在此不再赘述。
表4：所述钙钛矿吸收层40的材料为FA0.6MA0.4PbX3，所述电子传输层30选取不同材料时，所述钙钛矿太阳能电池100的参数对比表
从上述表3和表4中的数据可以得知，当所述钙钛矿吸收层40的材料(FA)y(MA)(1-y)PbX3其中y的范围为0.5＜y＜0.95时，所述电子传输层30的材料ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的范围为0.5＜x＜1。
具体的，从多组实验数据中选出最优的所述钙钛矿太阳能电池100。最优的所述钙钛矿太阳能电池100的制备过程和具体的参数可以参考上述实施例一中的各个步骤进行，在此不再赘述。最优的实验数据为表1中的样品四的测试数据。表1中的样品四的所述钙钛矿太阳能电池100选用的所述钙钛矿吸收层40的材料为FA0.15MA0.85PbX3，所述电子传输层30的材料Zn0.3Sn0.7O1.7。
请参阅图3和图4，图3A，图3B，图3C和图3D分别示出了四种所述电子传输层30和所述钙钛矿吸收层40界面处的能带结构。目前钙钛矿太阳电池的钙钛矿吸收层有各种不同的成分，也就是说，有不同的导带位置。如果导带位置不变，就会出现图3A、图3C或者图3D的情况。比如表3中的数据，x＝0时可以代表图3A。表3中的数据当x＝0.4时，类似于图3B。表3中的数据x＝0.5时，类似于图3C。表3中的数据x＝1时，类似于图3D。所以需要通过改变所述电子传输层30的导带能级去匹配不同的所述钙钛矿吸收层40。针对图3中不同的导带匹配，会出现如图4所示的IV曲线图。当能级差在0.2eV左右，所述钙钛矿太阳能电池100的IV性能最佳。如果差别过大或者过小都会对所述钙钛矿太阳能电池100的性能产生负面影响。例如当能级差为0时，所述钙钛矿太阳能电池100的填充因子(FF)较低，当能级差为0.5eV时，所述钙钛矿太阳能电池100的Voc大幅下降。
本申请可以通过调整ZnxSn(1-x)O(2-x)中x的值，使得所述钙钛矿太阳能电池100中所述电子传输层30的导带能级可以连续变化，因此可以匹配不同的所述钙钛矿吸收层40，使所述钙钛矿太阳能电池100的能够达到最佳性能。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (12)
1.一种钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，包括：
钙钛矿吸收层(40)；
电子传输层(30)，与所述钙钛矿吸收层(40)层叠设置，所述电子传输层(30)的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0＜x＜1。
2.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述电子传输层(30)的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0＜x＜0.5，优选地，x的范围为0.3-0.4。
3.如权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述钙钛矿吸收层(40)的材料为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，0.1＜y＜0.4，X为卤族元素，优选地，y的范围为0.15-0.3。
4.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述电子传输层(30)的材料为ZnxSn(1-x)O(2-x)，其中x的范围为0.5＜x＜1，优选地，x的范围为0.6-0.9。
5.如权利要求4所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述钙钛矿吸收层(40)的材料为(FA)y(MA)(1-y)PbX3，其中，FA的结构式为CH(NH2)2 +，MA的结构式为CH(NH2)2 +，X为卤族元素，0.5＜y＜0.95，优选地，y的范围为0.6-0.9。
6.如权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述钙钛矿吸收层(40)的材料为FA0.15MA0.85PbX3，所述电子传输层(30)的材料Zn0.3Sn0.7O1.7。
7.如权利要求1-6中任一项所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述电子传输层(30)的厚度为5nm-100nm，可选地，所述电子传输层(30)的厚度为20nm-90nm，优选地，所述电子传输层(30)的厚度为40nm-50nm。
8.如权利要求1-7中任一项所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池(100)还包括：
衬底(10)；
透明导电层(20)，设置于所述衬底(10)的表面；
所述电子传输层(30)设置于所述透明导电层(20)远离所述衬底(10)的表面，所述钙钛矿吸收层(40)设置于所述电子传输层(30)远离所述透明导电层(20)的表面；
空穴传输层(50)，设置于所述钙钛矿吸收层(40)远离所述电子传输层(30)的表面；以及
金属电极层(60)，设置于所述空穴传输层(50)远离所述钙钛矿吸收层(40)的表面。
9.如权利要求1-7中任一项所述的钙钛矿太阳能电池(100)，其特征在于，还包括：
衬底(10)；
透明导电层(20)，设置于所述衬底(10)的表面；
空穴传输层(50)，设置于所述透明导电层(20)远离所述衬底(10)的表面；
所述钙钛矿吸收层(40)设置于所述空穴传输层(50)远离所述透明导电层(20)的表面；
所述电子传输层(30)，设置于所述钙钛矿吸收层(40)远离所述空穴传输层(50)的表面；以及
金属电极层(60)，设置于所述电子传输层(30)远离所述钙钛矿吸收层(40)的表面。
10.一种制备权利要求8所述钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下工序：
在衬底(10)的表面沉积透明导电层(20)；
在所述透明导电层(20)的表面沉积电子传输层(30)；
在所述电子传输层(30)远离所述透明导电层(20)的表面沉积钙钛矿吸收层(40)；
在所述钙钛矿吸收层(40)远离所述电子传输层(30)的表面沉积空穴传输层(50)；
在所述空穴传输层(50)远离所述钙钛矿吸收层(40)的表面沉积金属电极层(60)。
11.一种制备权利要求9所述钙钛矿太阳能电池的方法，包括以下工序：
在衬底(10)的表面沉积透明导电层(20)；
在所述透明导电层(20)的表面沉积空穴传输层(50)；
在所述空穴传输层(50)远离所述透明导电层(20)的表面沉积钙钛矿吸收层(40)；
在所述钙钛矿吸收层(40)远离所述空穴传输层(50)的表面沉积电子传输层(30)；
在所述电子传输层(30)远离所述钙钛矿吸收层(40)的表面沉积金属电极层(60)。
12.如权利要求10或11所述的方法，其特征在于，采用磁控溅射的方法沉积ZnxSn(1-x)O(2-x)作为所述电子传输层(30)，磁控溅射的气氛为氩气与氧气的体积比为10:1-5:1，优选地，磁控溅射的气氛为氩气与氧气的体积比为8:1-9:1，磁控溅射的压强为10Pa-40Pa，优选地，磁控溅射的压强为20Pa-30Pa,磁控溅射的功率密度为1W/cm2-10W/cm2,优选地，磁控溅射的压强为2W/cm2-5W/cm2。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811092484.1A CN110931640A (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811092484.1A CN110931640A (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110931640A true CN110931640A (zh) | 2020-03-27 |
Family
ID=69855105
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811092484.1A Pending CN110931640A (zh) | 2018-09-19 | 2018-09-19 | 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110931640A (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104134711A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-11-05 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种钙钛矿太阳能电池及其溶液法制备方法 |
| CN106531895A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-03-22 | Tcl集团股份有限公司 | 量子点发光二极管及其制备方法与发光模组、显示装置 |
| CN106784392A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | Tcl集团股份有限公司 | 一种复合量子点发光二极管器件及其制备方法 |
| CN107331775A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-07 | 陕西师范大学 | 一种高质量电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 |
| CN107394044A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-24 | 陕西师范大学 | 一种高性能透明导电电极和电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 |
-
2018
- 2018-09-19 CN CN201811092484.1A patent/CN110931640A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104134711A (zh) * | 2014-07-18 | 2014-11-05 | 中国电子科技集团公司第四十八研究所 | 一种钙钛矿太阳能电池及其溶液法制备方法 |
| CN106531895A (zh) * | 2016-12-12 | 2017-03-22 | Tcl集团股份有限公司 | 量子点发光二极管及其制备方法与发光模组、显示装置 |
| CN106784392A (zh) * | 2016-12-19 | 2017-05-31 | Tcl集团股份有限公司 | 一种复合量子点发光二极管器件及其制备方法 |
| CN107331775A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-07 | 陕西师范大学 | 一种高质量电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 |
| CN107394044A (zh) * | 2017-07-10 | 2017-11-24 | 陕西师范大学 | 一种高性能透明导电电极和电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 陈肖;李一鸣;刘晓军;贺蕴秋;: "Sb掺杂ZTO透明导电薄膜的结构和性能", 《无机化学学报》 * |
| 马瑾,黄树来,计峰,余旭浒,王玉恒,马洪磊: "Zn-Sn-O透明导电膜的制备和光电性质", 《稀有金属》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101747395B1 (ko) | Cigs 광전변환 소자의 몰리브데넘 기판 | |
| KR102093431B1 (ko) | 페로브스카이트 태양전지 및 이의 제조방법 | |
| CN107492584A (zh) | 一种碲化镉太阳能电池制备方法及碲化镉太阳能电池 | |
| KR20200048037A (ko) | 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 | |
| CN209963073U (zh) | 一种新型高效率双面入光CdTe钙钛矿叠层光伏电池 | |
| CN110416413A (zh) | 一种高性能梯度电子传输层的钙钛矿太阳电池及其制备方法 | |
| KR101628952B1 (ko) | 탠덤 태양전지 및 그 제조방법 | |
| US20050016586A1 (en) | Method for fabricating Pt-MOx nanophase electrodes for highly efficient dye-sensitiized solar cell | |
| CN103762250A (zh) | 碲化镉薄膜太阳电池的背接触结构、太阳电池、电池组件及制备方法 | |
| KR101656842B1 (ko) | 태양전지용 CZTS/CZTSe계 박막 및 제조방법 및 그 방법에 의해 제조된 CZTS/CZTSe계 박막 | |
| CN108428753B (zh) | 半透明薄膜太阳电池及其制备方法 | |
| CN110931640A (zh) | 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| WO2022071302A1 (ja) | ペロブスカイト薄膜系太陽電池の製造方法 | |
| CN111769197B (zh) | 钙钛矿太阳能电池及其制备方法 | |
| Shin et al. | Effect of MoO3 doping power on the electrical, optical, and structural properties of MoO3-doped In2O3 anodes for organic solar cells | |
| KR102586403B1 (ko) | 유-무기 복합 태양전지의 정공수송층 형성용 조성물, 유-무기 복합 태양전지 및 유-무기 복합 태양전지의 제조방법 | |
| JP6004460B2 (ja) | 太陽電池の製造方法、および太陽電池 | |
| Ha et al. | Plasma damage control via adjusting the target to substrate distance used to prepare semi-transparent perovskite solar cells | |
| CN111540834A (zh) | 一种钙钛矿太阳电池阳极修饰方法 | |
| KR20190084454A (ko) | 플렉시블 박막태양전지용 스테인레스 박판의 절연막 형성방법 및 그에 따라 제조된 태양전지 | |
| CN113707817B (zh) | 一种钙钛矿太阳能电池的无机空穴传输层的制备方法 | |
| KR101967275B1 (ko) | 플렉시블 박막태양전지를 위한 Na 공급방법 및 그에 따라 제조된 태양전지 | |
| WO2022249648A1 (ja) | 組成物およびそれを用いた電子デバイスの製造方法 | |
| CN220986088U (zh) | 叠层太阳能电池、光伏组件以及用电装置 | |
| CN218101302U (zh) | 钙钛矿太阳能电池的双层铋金属电极及钙钛矿太阳能电池 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210107 Address after: 101102 102-lq307, 1-3 / F, building 26, 17 huanke Middle Road, Jinqiao Science and technology industrial base, Tongzhou Park, Zhongguancun Science and Technology Park, Tongzhou District, Beijing Applicant after: Deyun Chuangxin (Beijing) Technology Co.,Ltd. Address before: 100176 10th floor, building 2, yard 9, Ronghua South Road, Yizhuang Economic and Technological Development Zone, Daxing District, Beijing Applicant before: BEIJING JUNTAI INNOVATION TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200327 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |