CN112909173B - 一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能电池 - Google Patents

一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能电池 Download PDF

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Abstract

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能电池。本发明提供的钙钛矿材料的化学通式为：CsxFAyMA1‑x‑yPbBrzI3‑z；其中，x＝0.03～0.06，y＝0.80～0.86，z＝0.17～0.46；所述FA为甲酰胺根离子，MA为甲基铵根离子。所述钙钛矿材料具有高效率、高稳定性以及近光中性等优点。根据实施例的记载，利用所述钙钛矿材料作为钙钛矿活性层的半透明钙钛矿太阳能电池在平均可见光透过率为35％时，能够获得8.71％的功率转换效率(PCE)；同时具有很好的耐湿性，在未封装的情况下，224天后仍然能够保持在其初始PCE的80％以上。

Description

一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能 电池
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能电池。
背景技术
众所周知，建筑物的能耗非常大，在配电过程中会损失大量电力。以美国为例，建筑物每年消耗25Twh的电能，约占总能源需求的40％。人们正在努力寻找一种经济有效的可持续解决方法，即绿色建筑应遵循可持续性的设计原则，以使其自身产生足够的能量，以满足自身的需求。当前，市场上光伏建筑一体化(BIPV)的主导产品是不透明的硅晶电池。但是这种不透明光伏面板，只能安装在有限的建筑屋顶上。对于人口稠密、建筑密集的城市而言，其并不能够有效的解决可持续发展的问题。相对而言，半透明光伏电池(ST-PV)可集成在商业、住宅建筑的窗户和建筑外墙上，可产生巨大的能源，是未来城市建设能源自给自足建筑的可行性方案。
有机-无机卤化物钙钛矿(简称钙钛矿)是一种优异的光电材料。近几年，钙钛矿在转换效率、电池寿命以及低毒性等方面取得了空前的发展。2019年半透明钙钛矿太阳能电池的效率高达25.2％。此外，钙钛矿具有可调带隙(1.48～2.3eV)，这意味着彩色半透明钙钛矿太阳能电池(ST-PSCs)的可实现性。同时，钙钛矿的低温制备工艺，也为其提供了低成本、大规模生产低能量偿还时间的太阳能电池的可能。但考虑到其在发电窗中的应用，需要收集ST-PSCs足够的阳光并转换为电能，同时，将部分日光透射以照亮室内空间，所以除了考虑所述ST-PSCs的效率以外，其透射率、颜色和寿命等其他特性也是ST-PSCs的关键评估参数。
目前，ST-PSCs的透光率可通过调整钙钛矿的厚度或表面覆盖率来改变。通常，平均可见光透过率(AVT)＝20％～30％就达到了市场上发电窗口的要求。目前，ST-PSCs的主流方法是通过获得超薄钙钛矿薄膜来满足上述AVT的要求。然而这种超薄钙钛矿薄膜为红棕色，并非理想的光中性。鉴于上述问题，为了获得中性色的ST-PSCs，Eperon等人，通过表面处理，获得了岛屿状的微晶钙钛矿。然而，与基于连续的超薄ST-PSC相比，微晶钙钛矿的光伏性能要低得多。
另外，考虑到其在半透明的发电窗中的应用，钙钛矿的稳定性是其商业化的先决因素，目前主要是通过表面缺陷钝化、混阳离子和混卤原子等途径解决其稳定性的问题，且通过上述解决方案得到的ST-PSCs在持续一个太阳光照条件下，钙钛矿型太阳能电池的使用寿命高达10000小时。
但是，目前能够同时满足高效、稳定和光中性的ST-PSCs仍然是一个挑战。
发明内容
本发明的目的在于提供一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿材料可以同时满足高效、稳定和光中性的要求。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种钙钛矿材料，所述钙钛矿材料的化学通式为：CsxFAyMA1-x- yPbBrzI3-z；
其中，x＝0.03～0.06，y＝0.80～0.86，z＝0.17～0.46；
所述FA为甲酰胺根离子，MA为甲基铵根离子。
优选的，所述x＝0.04～0.05，y＝0.83。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：
提供钙钛矿前驱体溶液；所述钙钛矿前驱体溶液包括前驱体溶质和有机溶剂，所述前驱体溶质包括碘化甲酰胺、甲基溴化铵、甲基碘化铵、碘化铅、溴化铅和碘化铯；所述钙钛矿前驱体溶液中各前驱体溶质的配比满足上述技术方案所述钙钛矿材料中的Cs、FA、MA、Pb、Br和I的摩尔比；
将所述钙钛矿前驱体溶液覆盖在基底表面，得到所述钙钛矿材料。
优选的，所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺和二甲基亚砜；
所述二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4:1。
优选的，所述钙钛矿前驱体溶液中碘化铯的浓度为0.03～0.06mol/L。
优选的，所述覆盖的方法为热蒸镀法或旋转镀膜法。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙钛矿材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的钙钛矿材料在半透明钙钛矿太阳能电池中的应用。
本发明还提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、保护层和电极层；所述钙钛矿活性层的材料为上述技术方案所述的钙钛矿材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的钙钛矿材料。
优选的，所述电子传输层的材料为氧化锡、氧化锌或氧化钛；
所述空穴传输层的材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氧化镍、CuI或硫氰酸亚铜；
所述电极层为IZO电极层。
本发明提供了一种钙钛矿材料，所述钙钛矿材料的化学通式为：CsxFAyMA1-x- yPbBrzI3-z；其中，x＝0.03～0.06，y＝0.80～0.86，z＝0.17～0.46；所述FA为甲酰胺根离子，MA为甲基铵根离子。本发明提供的上述组成的钙钛矿具有高效率、高稳定性以及近光中性的优点。根据实施例的记载，利用所述钙钛矿材料作为钙钛矿活性层的半透明钙钛矿太阳能电池在平均可见光透过率为35％时，能够获得8.59％以上的功率转换效率(PCE)；同时具有很好的耐湿性，未封装的器件存储在湿度低于10％的干燥器中，并在25℃、湿度为50～90％的空气环境下每周进行一次测试，存在224天后，仍然能够保持在其初始PCE的80％以上。
附图说明
图1为本发明所述的半透明钙钛矿太阳能电池的制备流程图；
图2为对比例1和实施例1～3所述半透明钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线；
图3为对比例1和实施例1～3所述所述的半透明钙钛矿太阳能电池在AM1.5光照下，在CIE xy 1931色度图；
图4为对比例1和实施例1～2所述所述的半透明钙钛矿太阳能电池的稳定性曲线图；
图5为实施例1～3和对比例1得到的半透明钙钛矿太阳能电池在日光下的照片。
具体实施方式
本发明提供了一种钙钛矿材料，所述钙钛矿材料的化学通式为：CsxFAyMA1-x- yPbBrzI3-z；
其中，x＝0.03～0.06，y＝0.80～0.86，z＝0.17～0.46；
所述FA为甲酰胺根离子，MA为甲基铵根离子。
在本发明中，所述x优选为0.04～0.05，y优选为0.83。
在本发明中，所述Cs的价态优选为正一价；所述Pb的价态优选为正二价；FA+的结构为：CH5N2 +；MA+的结构为CH3NH3 +。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙钛矿材料的制备方法，包括以下步骤：
提供钙钛矿前驱体溶液；所述钙钛矿前驱体溶液包括前驱体溶质和有机溶剂，所述前驱体溶质包括碘化甲酰胺、甲基溴化铵、甲基碘化铵、碘化铅、溴化铅和碘化铯；所述钙钛矿前驱体溶液中各前驱体溶质的配比满足上述技术方案所述钙钛矿材料中的Cs、FA、MA、Pb、Br和I的摩尔比；
将所述钙钛矿前驱体溶液覆盖在基底表面，得到所述钙钛矿材料。
在本发明中，若无特殊说明，所有原料均为本领域技术人员熟知的市售产品即可。
本发明提供钙钛矿前驱体溶液。在本发明中，所述钙钛矿前驱体溶液包括前驱体溶质和有机溶剂；所述前驱体溶质包括碘化甲酰胺(FAI)、甲基溴化铵(MABr)、甲基碘化铵(MAI)、碘化铅(PbI2)、溴化铅(PbBr2)和碘化铯(CsI)。所述钙钛矿前驱体溶液中碘化铯的浓度优选为0.03～0.06mol/L，更优选为0.04～0.05mol/L；所述钙钛矿前驱体溶液中各溶质的配比满足所述钙钛矿材料中的Cs、FA、MA、Pb、Br和I的摩尔比即可。在本发明的实施例中，所述FAI的浓度具体为0.99mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1.1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.1mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为0.99mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为0.99mol/L，所述MABr的浓度具体为0.15mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0mol/L；或所述FAI的浓度具体为1mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1.1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.1mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为1mol/L，所述MABr的浓度具体为0mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0.15mol/L；或所述FAI的浓度具体为1mol/L，所述MABr的浓度具体为0.15mol/L，所述PbI2的浓度具体为1mol/L，所述PbBr2的浓度具体为0.2mol/L、所述CsI的浓度具体为0.06mol/L，所述MAI的浓度具体为0mol/L。
在本发明中，所述钙钛矿前驱体溶液中的溶剂包括二甲基甲酰胺和二甲基亚砜；所述二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比优选为4:1。
本发明对所述钙钛矿前驱体溶液的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的溶液制备过程进行即可。
得到钙钛矿前驱体溶液后，本发明将所述钙钛矿前驱体溶液覆盖在基底表面，得到所述钙钛矿材料。本发明对所述基底的种类没有任何特殊的限定，可根据实际需求选择不同种类的基底；在本发明中，所述覆盖的方法为热蒸镀法或旋转镀膜法。本发明对所述热蒸镀法或旋转镀膜法的具体过程没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明中，所述覆盖的方法更优选为旋转镀膜法；所述旋转镀膜法的制备过程优选包括以下步骤：将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述基底表面，进行固化，得到所述钙钛矿材料。在本发明中，进行旋涂前，优选对所述钙钛矿前驱体溶液进行前处理，所述前处理优选为搅拌；所述搅拌的转速优选为800～1500rpm，更优选为1000～1200rpm，最优选为1000rpm；所述搅拌的时间优选为2～3h，更优选为2h。在本发明中，所述旋涂的过程优选为以1500rpm的速度旋涂在基底表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s。所述旋涂完成后，本发明还优选包括滴加反溶剂氯苯；所述反溶剂氯苯与钙钛矿前驱体溶液的体积比优选为10:1。在本发明中，所述固化的温度优选为95～105℃，更优选为100℃；所述固化的时间优选为15～25min，更优选为20min。
在本发明的具体实施例中，所述在基底表面制备所述钙钛矿材料的方法具体采用旋转镀膜法。所述旋转镀膜法的过程具体为：在充满氮气的手套箱中，将所述钙钛矿前驱体溶液以1000rpm的速度搅拌2小时；然后将60μL所述钙钛矿前驱体溶液以1500rpm的速度旋涂在基底表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s，在第30s滴加60μL反溶剂氯苯后，在100±5℃的条件下加热20min，得到所述钙钛矿材料。
所述制备完成后，本发明根据实际需要选择是否对基底进行去除。例如当所述基底为涂有电子传输层的导电衬底，直接在电子传输层表面制备钙钛矿材料，并应用于太阳能电池中时，制备得到的钙钛矿材料是作为钙钛矿活性层的，则选择不对基底进行去除。
本发明还提供了上述技术方案所述的钙钛矿材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的钙钛矿材料在半透明钙钛矿太阳能电池中的应用。在本发明中，所述钙钛矿材料优选所述半透明钙钛矿太阳能电池中钙钛矿活性层的材料。
本发明还提供了一种半透明钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、保护层和电极层；所述钙钛矿活性层的材料为上述技术方案所述的钙钛矿材料或上述技术方案所述的制备方法制备得到的钙钛矿材料。
本发明对所述导电衬底没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知制备半透明钙钛矿太阳能电池的导电衬底即可，在本发明中，所述导电衬底优选为ITO玻璃。
在本发明中，所述电子传输层的材料优选为氧化锡(SnO2)、氧化锌或氧化钛；所述空穴传输层的材料优选为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(spiro-MeOTAD)、氧化镍、CuI或硫氰酸亚铜(CuSCN)；所述电极层优选为IZO电极层。
本发明对所述导电衬底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和电极层的厚度均没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的厚度即可。
在本发明中，所述半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法优选包括以下步骤：
在导电衬底表面依次制备电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、保护层和电极层，得到所述半透明钙钛矿太阳能电池。
制备所述电子传输层前，本发明优选对所述导电衬底进行预处理，所述预处理优选包括清洗和氮气吹干；所述清洗优选包括依次采用去污剂、丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗；本发明对所述去污剂的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的种类进行即可；本发明对所述超声清洗的条件没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的条件进行即可。
本发明对所述电子传输层的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的实施例中，所述电子传输层的材料具体为SnO2，所述电子传输层的制备过程具体为：以四(二甲氨基)锡(TDMASn>＝5N，即四(二甲氨基)锡的纯度≥99.999％)和水作为前驱物进行脉冲沉积，所述脉冲沉积的一个周期包括：TDMASn脉冲30ms→Ar吹扫30s→等待5s→水脉冲300ms→Ar吹扫30s→等待5s。所述每个周期的沉积厚度为0.095～0.1nm。进行200个循环，得到厚度为18～20nm的SnO2后，在空气气氛和400℃下退火4h，随炉冷却，得到所述电子传输层。
在本发明中，所述钙钛矿活性层的制备过程优选参考上述技术方案所述的钙钛矿材料的制备过程进行制备即可。区别仅在于基底替换为制备由电子传输层的导电衬底，具体过程在此不再进行赘述。
本发明对所述空穴传输层的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的具体实施例中，所述空穴传输层的材料具体为spiro-OMeTAD；所述空穴传输层的制备方法包括以下步骤：将800mg spiro-MeOTAD、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL浓度为520mg/mL的锂盐溶液(溶剂为乙腈，溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂)混合至完全溶解后，将得到的混合液以3500rpm的速度旋涂在所述钙钛矿活性层30s后，在干燥器中放置过夜得到空穴传输层。
本发明对所述保护层的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的过程进行即可。在本发明的实施例中，所述保护层的制备方法包括以下步骤：以
Figure BDA0002902729050000071
的速率热蒸发MoO3，得到保护层。
本发明对所述电极层的制备方法没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的方法进行即可。在本发明的具体实施例中，所述电极层具体为IZO电极层；所述电极层的制备方法包括以下步骤：在所述保护层的上表面溅射电极层，得到所述半透明钙钛矿太阳能电池；所述溅射的功率为50W，溅射的压力为8.2×10-2Pa。
下面结合实施例对本发明提供的一种钙钛矿材料及其制备方法和应用、半透明钙钛矿太阳能电池进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1～3
如图1所示，将ITO导电玻璃依次采用去污剂、丙酮、异丙醇和去离子水进行超声清洗后，采用氮气进行吹干，得到预处理的ITO导电玻璃；
将所述预处理的ITO导电玻璃
以四(二甲氨基)锡(TDMASn>＝5N)和水作为前驱物在所述预处理的ITO导电玻璃的表面进行脉冲沉积，所述脉冲沉积的每个周期包括：TDMASn脉冲30ms-Ar吹扫30s-等待5s-水脉冲300ms-Ar吹扫30s-等待5s。所述每个周期的沉积厚度为0.095～0.1nm。进行200个循环，得到厚度为18～20nm的SnO2后，在空气气氛和400℃下退火4小时，随炉冷却，得到所述电子传输层；
在充满氮气的手套箱中，将所述钙钛矿前驱体溶液(组成如表1所示)以1000rpm的速度搅拌2小时；然后将60μL所述钙钛矿前驱体溶液以1500rpm的速度旋涂在所述电子传输层表面5s后，旋涂的速度加速到5500rpm，持续30s，在第30s滴加60μL反溶剂氯苯后，在100±5℃的条件下加热20min，得到所述钙钛矿活性层(Cs0.05FA0.83MA0.12PbBrzI3-z)，厚度为300nm；
将800mg spiro-MeOTAD、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL浓度为520mg/mL的锂盐溶液(溶剂为乙腈，溶质为双三氟甲烷磺酰亚胺锂)混合至完全溶解后，将得到的混合液以3500rpm的速度旋涂在所述钙钛矿活性层30s后，在干燥器中放置过夜，得到空穴传输层(厚度为200nm)；
以
Figure BDA0002902729050000081
的速率在所述空穴传输层的表面热蒸发MoO3，得到保护层；
在所述保护层的上表面溅射IZO电极层(厚度为5nm)，所述溅射的功率为50W，溅射的压力为8.2×10-2Pa，得到所述半透明钙钛矿太阳能电池。
对比例1～2
制备过程参考实施例1～2，区别仅在于所述钙钛矿前驱体溶液中FAI、MABr、PbI2、PbBr2、CsI和MAI的浓度，以及制备得到的钙钛矿活性层中钙钛矿活性材料的化学中中z的取值；
其中，实施例1～3和对比例1～2中所述钙钛矿前驱体溶液中FAI、MABr、PbI2、PbBr2、CsI和MAI的浓度，以及制备得到的钙钛矿活性层中钙钛矿活性材料的化学中中z的取值如表1所示：
表1实施例1～3和对比例1～2中所述钙钛矿前驱体溶液中各物质的浓度以及对应z的取值
化学名称 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
FAI(mol/L) 0.99 0.99 0.99 0.99 0.99
MABr(mol/L) 0 0 0.15 0 0
PbI2(mol/L) 1.1 1 1 1.2 1.15
PbBr2(mol/L) 0.1 0.2 0.2 0 0.05
CsI(mol/L) 0.06 0.06 0.06 0.06 0.06
MAI(mol/L) 0.15 0.15 0 0.15 0.15
z值 0.17 0.33 0.46 0 0.08
实施例4～6
所述半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法参考实施例1～3所述的制备方法，区别仅在于所述钙钛矿前驱体溶液中FAI、MABr、PbI2、PbBr2、CsI和MAI的浓度(如表2所示)，且制备得到的所述钙钛矿活性层中的钙钛矿材料的化学组成为Cs0.04FA0.83MA0.12PbBrzI3-z。
对比例3～4
所述半透明钙钛矿太阳能电池的制备方法参考实施例1～3所述的制备方法，区别仅在于所述钙钛矿前驱体溶液中FAI、MABr、PbI2、PbBr2、CsI和MAI的浓度，以及制备得到的钙钛矿活性层中钙钛矿活性材料的化学中中z的取值不同；
其中，实施例4～6和对比例3～4中所述钙钛矿前驱体溶液中FAI、MABr、PbI2、PbBr2、CsI和MAI的浓度，以及制备得到的钙钛矿活性层中钙钛矿活性材料的化学中z的取值如表2所示：
表2实施例4～6和对比例3～4中所述钙钛矿前驱体溶液中各物质的浓度以及对应z的取值
化学名称 实施例4 实施例5 实施例6 对比例3 对比例4
FAI(mol/L) 1 1 1 1 1
MABr(mol/L) 0 0 0.15 0 0
PbI2(mol/L) 1.1 1 1 1.2 1.15
PbBr2(mol/L) 0.1 0.2 0.2 0 0.05
CsI(mol/L) 0.06 0.06 0.06 0.05 0.06
MAI(mol/L) 0.15 0.15 0 0.15 0.15
z值 0.17 0.33 0.46 0 0.08
测试例
1)将对比例1和实施例1～3制备得到的半透明钙钛矿太阳能电池进行J-V特性测试，测试过程为：测试环境在AM1.5G照明下，室温、大气环境中进行，空气湿度在50～90％之间。其中太阳能电池有效面积为0.05cm2；
其中，图2为对比例1和实施例1～3所述半透明钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压(J-V)曲线，由图2可知，实施例2所述的半透明钙钛矿太阳能电池在平均可见光透过率(AVT)为35％的条件下，能量转化效率(PCE)为9.40％。其中，其短路电流密度(Jsc)为16.46mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.80V，填充因子(FF)为71.39％；实施例1所述的半透明钙钛矿太阳能电池在平均可见光透过率(AVT)为35％的条件下，能量转化效率(PCE)为9.18％。其中，其短路电流密度(Jsc)为16.84mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.80V，填充因子(FF)为68.14％；；实施例3所述的半透明钙钛矿太阳能电池在平均可见光透过率(AVT)为35％的条件下，能量转化效率(PCE)为8.59％。其中，其短路电流密度(Jsc)为15.26mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.81V，填充因子(FF)为69.50％；对比例1所述的半透明钙钛矿太阳能电池在平均可见光透过率(AVT)为35％的条件下，能量转化效率(PCE)为8.41％。其中，其短路电流密度(Jsc)为17.10mA·cm-2，开路电压(Voc)为0.79V，填充因子(FF)为62.25％；由此可见，本发明所述的半透明钙钛矿太阳能电池具有较好的能量转化效率。
2)在AM1.5的光照条件下，测试对比例1和实施例1～3所述所述的半透明钙钛矿太阳能电池的色度，其中图3为对比例1和实施例1～3所述所述的半透明钙钛矿太阳能电池在AM1.5光照下，在CIE xy 1931色度图，其相应的色坐标(X,Y)如表3所示，
表3实施例1～3和对比例1所述的半透明钙钛矿太阳能电池的色坐标
实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
X 0.351 0.396 0.449 0.3202
Y 0.329 0.396 0.435 0.2796
由图3和表3可知，在低Br掺杂的条件下(z＝0.17)，ST-PSCs显示出良好的色中性，当Br参杂浓度为z＝0.33时，ST-PSCs表现成近光中性，其在色坐标的位置为(0.396，0.396)，当Br掺杂浓度升高至z＝0.46时，ST-PSCs表现成红棕色；
3)将对比例1和实施例1～2所述所述的半透明钙钛矿太阳能电池进行长期稳定性测试，测试过程为：未封装的器件存储在湿度低于10％的干燥器中，并在25℃、湿度为50～90％的空气环境下每周进行一次测试；
测试结果如图4所示，其中图4中插图为实施例1和对比例1的稳定测试。对比例1在潮湿的环境(湿度为50～90％)中非常不稳定，在2天内，其PCE降解到了初始值的80％以下(T80＝1天)。实施例1的稳定性有所改善(T80＝4天)。然而，在相同的测试条件下，实施例2表现出优异的水分和氧气耐受性。在224天后(T80＝224天)，此未封装的电池保持了80％初始PCE。
4)将实施例1～3和对比例1得到的半透明钙钛矿太阳能电池在日光下拍摄的照片。如图5所示，实施例1～3较对比例1得到的ST-PSC均显示出较高的视觉透明度。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种钙钛矿材料在半透明钙钛矿太阳能电池中的应用，其特征在于，
所述半透明钙钛矿太阳能电池应用于光伏建筑发电窗，用于实现近光中性；
所述钙钛矿材料的化学通式为：Cs x FA y MA1-x-y PbBr z I3-z；
其中，x=0.05，y=0.83，z=0.17；
所述FA为甲酰胺根离子，MA为甲基铵根离子。
2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿材料的制备方法包括以下步骤：
提供钙钛矿前驱体溶液；所述钙钛矿前驱体溶液包括前驱体溶质和有机溶剂，所述前驱体溶质包括碘化甲酰胺、甲基溴化铵、甲基碘化铵、碘化铅、溴化铅和碘化铯；所述钙钛矿前驱体溶液中各前驱体溶质的配比满足权利要求1所述钙钛矿材料中的Cs、FA、MA、Pb、Br和I的摩尔比；
将所述钙钛矿前驱体溶液覆盖在基底表面，得到所述钙钛矿材料。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述有机溶剂包括二甲基甲酰胺和二甲基亚砜；
所述二甲基甲酰胺和二甲基亚砜的体积比为4:1。
4.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中碘化铯的浓度为0.06mol/L。
5.如权利要求2所述的应用，其特征在于，所述覆盖的方法为热蒸镀法或旋转镀膜法。
6.一种半透明钙钛矿太阳能电池在光伏建筑发电窗中的应用，用于实现近光中性，其特征在于，所述半透明钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的导电衬底、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、保护层和电极层；
所述钙钛矿活性层中的钙钛矿材料的化学通式为：Cs x FA y MA1-x-y PbBr z I3-z；
其中，x=0.05，y=0.83，z=0.17；
所述FA为甲酰胺根离子，MA为甲基铵根离子。
7.根据权利要求6所述应用，其特征在于，所述电子传输层的材料为氧化锡、氧化锌或氧化钛；
所述空穴传输层的材料为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氧化镍、CuI或硫氰酸亚铜；
所述电极层为IZO电极层。
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