CN114678391A - 一种叠层太阳电池 - Google Patents

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CN114678391A CN202210091026.6A CN202210091026A CN114678391A CN 114678391 A CN114678391 A CN 114678391A CN 202210091026 A CN202210091026 A CN 202210091026A CN 114678391 A CN114678391 A CN 114678391A
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蔡墨朗
李卓芯
戴松元
刘雪朋
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Abstract

本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及叠层太阳电池。本发明所述的叠层太阳电池为二端叠层太阳电池或四端叠层太阳电池；所述叠层太阳电池具有窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电池的最佳匹配条件，可以最大限度的提高其能量转化效率。根据实施例的记载，本发明所述的四端叠层太阳电池的能量转化效率可达27.11％，二端叠层太阳电池的能量转化效率可达25.83％。

Description

一种叠层太阳电池
技术领域
本发明涉及太阳电池技术领域，尤其涉及一种叠层太阳电池。
背景技术
目前，钙钛矿太阳电池的光电转换效率在十年之内从3.8％飙升到 25.5％，成为发展潜力巨大的新一代太阳电池。但是，所述钙钛矿太阳电池 中的钙钛矿材料依然存在着光吸收范围不够宽和稳定性较差等缺点，这些都 是制约钙钛矿太阳电池效率提升及能否实现商业化应用的关键问题。
同时，单结钙钛矿太阳电池虽然效率很高，但随着其效率逐渐接近肖克 利-奎伊瑟极限，再进一步的提升其光电转换效率变得十分困难。在多结叠 层结构中叠加不同带隙的吸收层，更加充分的利用太阳光谱是最有希望突破 单结太阳电池效率限制的策略，但如何在其基础上最大限度的提高其能量转 化效率还有待进一步的研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池具有窄带 隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电池的最佳匹配条件，可以最大限度的提 高其能量转化效率。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电 池，所述二端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，
当所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电池时：当所述半透明宽带隙钙钛 矿顶电池的带隙值为1.65～1.70eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为 0.93～1.18eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.70～1.75eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为1.00～1.20eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.75～1.80eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为1.13～1.22eV。
优选的，所述二端叠层太阳电池包括依次层叠设置的窄带隙底电池、复 合层和半透明宽带隙钙钛矿顶电池。
本发明还提供了一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为四端叠层太阳 电池，所述四端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.65～1.75eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为0.80～1.23eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.75～1.85eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为0.80～1.26eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.85～1.95eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为0.80～1.30eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.95～2.05eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为0.85～1.35eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为2.05～2.15eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为0.9～1.30eV。
优选的，所述四端叠层太阳电池包括依次堆叠设置的第一子电池和第二 子电池，所述第一子电池为窄带隙底电池，所述第二子电池为半透明宽带隙 钙钛矿顶电池。
优选的，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池包括依次设置的第一透明电 极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和第二透明电极。
优选的，所述吸光层的材料包括宽带隙钙钛矿材料；
所述宽带隙钙钛矿材料的结构式为ABX3；
其中，A为甲胺离子、二甲胺离子、甲脒离子、铯离子、铷离子和钾离 子中的一种或几种；
B为铅离子、锡离子、锑离子和铋离子中的一种或几种；
X为碘离子、溴离子、氯离子和硫氰根离子中的一种或几种。
优选的，所述B为铅离子。
优选的，所述A为铯离子和甲脒离子；所述铯离子和甲脒离子的摩尔比 为(0.05～0.35)：(0.65～0.95)；
优选的，所述A为铯离子、甲胺离子和甲脒离子；所述铯离子、甲胺离 子和甲脒离子的摩尔比为(0～0.30)：(0～0.45)：(0.50～0.80)。
优选的，所述X为碘离子和溴离子；
所述碘离子和溴离子的摩尔比为(0～0.8)：(0.2～1.0)。
本发明提供了一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电 池，所述二端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，当所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电池时：当所述半透明宽带隙钙钛 矿顶电池的带隙值为1.65～1.70eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为 0.93～1.18eV；当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.70～1.75eV时， 所述窄带隙底电池的带隙值为1.00～1.20eV；当所述半透明宽带隙钙钛矿顶 电池的带隙值为1.75～1.80eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为1.13～1.22eV。 根据实施例的记载，本发明所述的二端叠层太阳电池的能量转化效率可达25.83％。
本发明还提供了一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为四端叠层太阳 电池，所述四端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.65～1.75eV时，所述窄 带隙底电池的带隙值为0.80～1.23eV；当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的 带隙值为1.75～1.85eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.80～1.26eV；当所 述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.85～1.95eV时，所述窄带隙底电 池的带隙值为0.80～1.30eV；当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为 1.95～2.05eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.85～1.35eV；当所述半透明 宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为2.05～2.15eV时，所述窄带隙底电池的带隙 值为0.9～1.30eV。根据实施例的记载，本发明所述的四端叠层太阳电池的能 量转化效率可达27.11％。
附图说明
图1为本发明所述的二端叠层太阳电池中窄带隙底电池和半透明宽带隙 钙钛矿顶电池的结构位置关系；
图2为本发明所述的四端叠层太阳电池中窄带隙底电池和半透明宽带隙 钙钛矿顶电池的结构位置关系。
具体实施方式
本发明提供了一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电 池，所述二端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，
当所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电池时：当所述半透明宽带隙钙钛 矿顶电池的带隙值(Eg)为1.65～1.70eV时，所述窄带隙底电池的Eg为 0.93～1.18eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为1.70～1.75eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为1.00～1.20eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为1.75～1.80eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为1.13～1.22eV。
在本发明中，所述二端叠层太阳电池优选包括依次层叠设置的窄带隙底 电池、复合层和半透明宽带隙钙钛矿顶电池。
在本发明中，所述窄带隙底电池优选为硅太阳电池、铜铟镓硒(CIGS) 太阳电池、钙钛矿太阳电池、硫铜锌锡太阳电池或染料敏化太阳电池；本发 明对所述硅太阳电池、铜铟镓硒(CIGS)太阳电池、钙钛矿太阳电池、硫铜 锌锡太阳电池或染料敏化太阳电池的具体结构和种类没有任何特殊的限定， 采用本领域技术人员熟知的结构和种类使所述窄带隙底电池的Eg符合上述 限定的范围即可。在本发明中，所述钙钛矿窄带隙底电池的厚度优选为 800nm～1500nm，更优选为1000～1200nm；硅电池窄带隙底电池的厚度优选 为150μm～200μm，更优选为160μm～170μm；其他的种类按照现有的工艺即 可。
在本发明中，所述窄带隙底电池的背电极优选作为所述二端叠层太阳电 池的背电极(如图2所示)。本发明对所述背电极的种类没有任何特殊的限 定，采用本领域技术人员熟知的背电极即可。在本发明的具体实施例中，所 述背电极具体为银电极和/或铝电极。在本发明中，所述背电极的厚度优选为 60～300nm，更优选为100～200nm。
本发明对所述复合层的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员 熟知的复合层即可。在本发明的具体实施例中，所述复合层具体为ITO。在 本发明中，所述复合层的厚度优选为50～200nm，更优选为80～100nm。
在本发明中，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池优选包括依次设置的第一 透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和第二透明电极。在本发明中， 所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的第二透明电极优选为所述二端叠层太阳 电池的透明电极。
在本发明中，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池优选为正式结构或反式结 构；所述正式结构为由下到上依次设置的第一透明电极、电子传输层、吸光 层、空穴传输层和第二透明电极；所述反式结构为由下到上依次设置的第二 透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和第一透明电极。
在本发明中，所述第一透明电极和第二透明电极独立的优选为金电极、 银电极、氧化钼/金/氧化钼复合电极、ITO电极或掺锆氧化铟电极；当所述 第一透明电极或第二透明电极为金电极或银电极时，所述金电极或银电极的 厚度优选为5～80nm，更优选为30nm；当所述第一透明电极或第二透明电极 为氧化钼/金/氧化钼复合电极时，所述氧化钼/金/氧化钼复合电极包括依次设 置的厚度为3～20nm的第一氧化钼层、厚度为5～20nm的金层和厚度为 10～90nm的第二氧化钼层；当所述第一透明电极或第二透明电极为ITO电极 时，所述ITO电极的厚度优选为50～300nm；当所述第一透明电极或第二透 明电极为掺锆氧化铟电极(IZRO电极)时，所述IZRO电极的厚度优选为 60～100nm；所述IZRO电极的掺锆量优选为1％～5％。
在本发明中，所述电子传输层的材料优选为氧化锡(SnO2)、氧化钛 (TiO2)、氧化锌(ZnO)、氧化钨(WO3)、富勒烯(衍生物)和SrTiO3 (STO)中的一种或几种；当所述电子传输层的材料为上述具体选择中的两 种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比 进行混合即可。在本发明中，所述电子传输层的厚度优选为100～300nm，更 优选为150～250nm。
在本发明中，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]螺二芴(Spiro-MeOTAD)、3，4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸 盐(PEDOT：PSS)、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、氧化 镍(NiO)、碘化亚铜(CuI)、硫氰酸亚铜(CuSCN)、铜的氧化物和铜 的硫化物中的一种或几种，当所述空穴传输层的材料为上述具体选择中的两 种以上时，本发明对上述具体物质的配比没有任何特殊的限定，按任意配比进行混合即可。在本发明中，所述空穴传输层的厚度优选为5～300nm。
在本发明中，所述吸光层的材料优选包括宽带隙钙钛矿材料；所述宽带 隙钙钛矿材料的结构式优选为ABX3；其中，A优选为甲胺离子(MA+)、 二甲胺离子(DMA+)、甲脒离子(FA+)、铯离子(Cs+)、铷离子(Rb+) 和钾离子(K+)中的一种或几种；B优选为铅离子(Pb2+)、锡离子(Sn2+)、 锑离子(Sb3+)和铋离子(Bi3+)中的一种或几种；X优选为碘离子(I-)、 溴离子(Br-)、氯离子(Cl-)和硫氰根离子(SCN-)中的一种或几种。
在本发明中，当所述B固定时，优选通过调整所述X和A的种类和配 比实现所述宽带隙钙钛矿材料的带隙值的调节，进而实现钙钛矿材料的带隙 的连续可调。
在本发明中，所述B优选为铅离子。
在本发明中，所述A优选为铯离子和甲脒离子；所述铯离子和甲脒离子 的摩尔比优选为(0.05～0.35)：(0.65～0.95)，更优选为(0.1～0.2)：(0.8～0.9)； 或所述A优选为铯离子、甲胺离子和甲脒离子；所述铯离子、甲胺离子和甲 脒离子的摩尔比优选为(0～0.3)：(0～0.45)：(0.50～0.80)，更优选为(0.02～0.2)： (0～0.2)：0.8。
在本发明中，所述X优选为碘离子和溴离子；所述碘离子和溴离子的摩 尔比优选为(0～0.8)：(0.2～1.0)，更优选为(0.6～0.8)：(0.2～0.4)。
在本发明中，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的制备方法优选为：
在基底表面依次制备第一透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层 和第二透明电极，得到所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池。
本发明对所述基底的种类没有任何特殊的限定，采用本领域技术人员熟 知的种类即可。
在本发明中，所述第一透明电极的制备方法优选为溅射；本发明对所述 溅射的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。
本发明对所述电子传输层的制备过程没有任何特殊的限定，采用本领域 技术人员熟知的过程进行制备即可。
以所述电子传输层的材料为氧化锡或氧化钛为例，对所述电子传输层的 制备过程进行说明。在本发明中，当所述电子传输层的材料为氧化锡时，所 述电子传输层的制备过程优选包括以下步骤：
将氧化锡胶体和溶剂混合，得到氧化锡溶液；
将所述氧化锡溶液旋涂在所述第一透明电极的导电面后，进行退火处 理，得到所述电子传输层。
本发明将氧化锡胶体和溶剂混合，得到氧化锡溶液。
在本发明中，所述氧化锡胶体的质量浓度优选为10～30％，更优选为 15～20％。
在本发明中，所述溶剂优选为水；所述水优选为去离子水或超纯水。当 所述溶剂为水时，所述氧化锡胶体和水的体积比优选为1:6。本发明对所述 混合的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。
得到氧化锡溶液后，本发明将所述氧化锡溶液旋涂在所述第一透明电极 的导电面后，进行退火处理，得到所述电子传输层。
在本发明中，所述旋涂的速度优选为3500～6500r/s，更优选为 4500～5500r/s，最优选为5000r/s。在本发明中，每2～5cm2的面积的旋涂量优 选为50～100μL，更优选为70μL。
在本发明中，所述退火处理的温度优选为100～160℃，更优选为 125～155℃；所述退火处理的时间优选为30～60min，更优选为40～50min。
当所述电子传输层的材料为氧化钛时，所述电子传输层的制备过程优选 包括以下步骤：
将双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯和有机溶剂混合，得到氧化钛前驱 体溶液；
将所述氧化钛前驱体溶液喷涂至所述第一透明电极的导电面，得到所述 电子传输层。
本发明将双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯和有机溶剂混合，得到氧化 钛前驱体溶液。
在本发明中，所述双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯和有机溶剂的体积 比优选为0.6：(10～30)，更优选为0.6：(15～25)，最优选为0.6：(18～22)。 在本发明中，所述有机溶剂优选为无水乙醇或异丙醇。本发明对所述混合的 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。
得到氧化钛前驱体溶液后，本发明将所述氧化钛前驱体溶液喷涂至所述 第一透明电极的导电面，得到所述电子传输层。
进行所述喷涂前，本发明优选将所述第四透明电极进行预热；所述预热 的温度优选为450～550℃，更优选为500℃。
本发明对所述喷涂的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。
所述喷涂完成后，本发明还优选包括保温，所述保温的时间优选为 30～40min，更优选为32～38min，最优选为34～36min。
在本发明中，所述吸光层的制备方法优选包括以下步骤：
将宽带隙钙钛矿前驱体材料和有机溶剂混合，得到钙钛矿前驱体溶液；
将所述钙钛矿前驱体溶液旋涂在所述电子传输层的表面后，进行退火处 理，得到所述吸光层。
本发明将宽带隙该钛矿前驱体材料和有机溶剂混合，得到钙钛矿前驱体 溶液。
在本发明中，所述宽带隙该钛矿前驱体材料优选包括A的X化合物和B 的X化合物。例如，当所述A为甲胺离子、甲醚离子和铯离子，所述B为 铅离子，所述X为碘离子和溴离子时，所述宽带隙该钛矿前驱体材料优选包 括MAX、FAX、CsX和PbX2；所述MAX优选为MAI和/或MABr；所述 FAX优选为FAI和/或FABr；所述CsX优选为CsI和/或CsBr；所述PbX2优选为PbI2和/或PbBr2。在本发明中，所述有机溶剂优选为二甲基亚砜和二 甲基甲酰胺的混合液；在本发明中，所述二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的混合 液中二甲基亚砜和二甲基甲酰胺的体积比优选为(1～10):1，更优选为(4～5)： 1。在本发明中，所述钙钛矿前驱体溶液中各个宽带隙钙钛矿前驱体材料的 摩尔浓度独立的优选为0.5～1.5mmol/mL，更优选为0.8～1.2mmol/mL。本发 明对所述混合的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。
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旋涂在所述 电子传输层的表面后，进行退火处理，得到所述吸光层。
在本发明中，所述旋涂的过程优选为先以2000转/秒的转速旋涂10～15s 后，以5000～60000转/秒的转速旋涂40～50s，结束前30s滴加氯苯。在本发 明中，所述氯苯的浓度99％。
在本发明中，所述退火处理的温度优选为100～200℃，更优选为 110～160℃；时间优选为10～90min，更优选为30～60min。
在本发明中，所述空穴传输层的制备过程优选包括以下步骤：
将空穴传输层材料溶液旋涂在所述吸光层的表面，得到所述空穴传输 层。
本发明对所述空穴传输层材料溶液没有任何特殊的限定，采用本领域技 术人员熟知的制备上述技术方案所述空穴传输层材料的前驱体溶液即可。在 本发明的实施例中，所述空穴传输层材料溶液具体包括2,2',7,7'-四[N,N-二(4- 甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氯苯、4-叔丁基吡啶和锂盐溶液；所述2,2',7,7'- 四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、氯苯、4-叔丁基吡啶和锂盐溶液 的用量比优选为(75～85)mg:1mL：(25～30)μL:(15～20)μL。在本发明中，所述 锂盐溶液的浓度优选为450～560mg/mL，更优选为510～540mg/mL；所述锂 盐溶液中的锂盐优选为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI)。
在本发明中，所述旋涂的转速优选为2000～6000转/秒，更优选为 3500～5500转/秒；时间优选为20～60s，更优选为30～40s。
在本发明中，所述第二透明电极的制备方法优选为溅射、蒸镀、原子力 沉积；本发明对所述溅射、蒸镀和原子力沉积的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。
本发明对所述二端叠层太阳电池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制备过程进行即可。
本发明还提供了一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为四端叠层太阳 电池，所述四端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电 池；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为1.65～1.75eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为0.80～1.23eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为1.75～1.85eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为0.80～1.26eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为1.85～1.95eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为0.80～1.30eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为1.95～2.05eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为0.85～1.35eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的Eg为2.05～2.15eV时，所述窄带隙 底电池的Eg为0.9～1.30eV。
在本发明中，所述四端叠层太阳电池优选包括依次堆叠设置的第一子电 池和第二子电池，所述第一子电池优选为窄带隙底电池，所述第二子电池优 选为半透明宽带隙钙钛矿顶电池。
在本发明中，所述窄带隙底电池优选为硅太阳电池、铜铟镓硒(CIGS) 太阳电池、钙钛矿太阳电池、硫铜锌锡太阳电池或染料敏化太阳电池；本发 明对所述硅太阳电池、铜铟镓硒(CIGS)太阳电池、钙钛矿太阳电池、硫铜 锌锡太阳电池或染料敏化太阳电池的具体结构和种类没有任何特殊的限定， 采用本领域技术人员熟知的结构和种类使所述窄带隙底电池的Eg符合上述 限定的范围即可。在本发明中，所述窄带隙底电池的厚度优选为 600～1500nm，更优选为1000～2000nm。
在本发明中，所述窄带隙底电池的背电极优选作为所述四端叠层太阳电 池的背电极。在本发明中，所述背电极优选为银电极、金电极、铝电极、铜 电极、ITO电极、AZO电极或IZRO电极。
在本发明中，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池优选参考上述技术方案所 述的半透明宽带隙钙钛矿顶电池，在此不再进行赘述。
在本发明中，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的第二透明电极优选位 于与窄带隙底电池相近的一侧。
本发明对所述四端叠层太阳电池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机械堆叠过程进行即可。
下面结合实施例对本发明提供的一种叠层太阳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
电子传输层材料溶液(氧化锡溶液)：按照1:6的体积比，将氧化锡胶 体(质量浓度为15％)和去离子水混合，得到氧化锡溶液；
空穴传输层材料溶液：将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨 基]-9,9'-螺二芴、1mL氯苯、29μL 4-叔丁基吡啶和18μL锂盐溶液(浓度为 520mg/mL，锂盐的种类为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI))混合，得到空 穴传输层材料溶液；
钙钛矿前驱体溶液：将CsI：FAI：PbI2：PbBr2与DMF和DMSO的混 合液(DMF与DMSO的体积比为4:1)混合(CsI、FAI、PbI2和PbBr2在混合液 中的浓度分别为0.18mmol/mL、0.82mmol/mL、0.55mmol/mL、0.45mmol/mL)， 得到Cs0.18FA0.82Pb(I0.7Br0.3)3前驱液；
在玻璃表面溅射ITO电极层后，旋涂氧化锡溶液(转速为5000转/秒) 30s后，150℃退火30min，得到电子传输层；
在所述电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，所述旋涂的过程为先以 2000转/秒的转速旋涂10s后，以6000转/秒的转速旋涂40s，结束前20s滴 加浓度为99.99％的氯苯，所述旋涂完成后，130℃退火30min，得到吸光层；
在所述吸光层的表面以5000转/秒的转速旋涂所述空穴传输层材料溶液 30s，得到空穴传输层；
在所述空穴传输层的表面蒸镀氧化钼/金/氧化钼厚度分别为 15nm/10nm/70nm的透明电极层，得到组分为Cs0.18FA0.82Pb(I0.7Br0.3)3半透明 宽带隙钙钛矿顶电池(带隙值为1.67eV)。
实施例2
电子传输层材料溶液(氧化锡溶液)：按照1:6的体积比，将氧化锡胶 体(质量浓度为15％)和去离子水混合，得到氧化锡溶液；
空穴传输层材料溶液：将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨 基]-9,9'-螺二芴、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL锂盐溶液(浓度 为520mg/mL，锂盐的种类为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI))混合，得到 空穴传输层材料溶液；
钙钛矿前驱体溶液：将CsI：FAI：PbI2：PbBr2与DMF和DMSO的混 合液(DMF与DMSO的体积比为4:1)混合(CsI、FAI、PbI2和PbBr2在混合液 中的浓度分别为0.18mmol/mL、0.82mmol/mL、0.625mmol/mL、 0.375mmol/mL)，得到Cs0.18FA0.82Pb(I0.75Br0.25)3前驱液；
在玻璃表面溅射ITO电极层后，旋涂氧化锡溶液(转速为5000转/秒) 30s后，150℃退火30min，得到电子传输层；
在所述电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，所述旋涂的过程为先以 2000转/秒的转速旋涂10s后，以6000转/秒的转速旋涂40s，结束前20s滴 加浓度为99.99％的氯苯，所述旋涂完成后，130℃退火30min，得到吸光层；
在所述吸光层的表面以5000转/秒的转速旋涂所述空穴传输层材料溶液 30s，得到空穴传输层；
在所述空穴传输层的表面溅射200nm的ITO透明电极层，得到组分为 Cs0.18FA0.82Pb(I0.75Br0.25)3半透明宽带隙钙钛矿顶电池(带隙值为1.68eV)。
实施例3
电子传输层材料溶液(氧化锡溶液)：按照1:6的体积比，将氧化锡胶 体(质量浓度为15％)和去离子水混合，得到氧化锡溶液；
空穴传输层材料溶液：将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨 基]-9,9'-螺二芴、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL锂盐溶液(浓度 为520mg/mL，锂盐的种类为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI))混合，得到 空穴传输层材料溶液；
钙钛矿前驱体溶液：将CsI：MAI：FAI：PbI2：PbBr2与DMF和DMSO 的混合液(DMF与DMSO的体积比为4:1)混合(CsI、MAI、FAI、PbI2和PbBr2在混合液中的浓度分别为0.18mmol/mL、0.02mmol/mL、0.80mmol/mL、 0.625mmol/mL、0.375mmol/mL)，得到Cs0.18MA0.02FA0.80Pb(I0.75Br0.25)3前驱液；
在玻璃表面溅射ITO电极层后，旋涂氧化锡溶液(转速为5000转/秒) 30s后，150℃退火30min，得到电子传输层；
在所述电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，所述旋涂的过程为先以 2000转/秒的转速旋涂10s后，以6000转/秒的转速旋涂40s，结束前20s滴 加浓度为99.99％的氯苯，所述旋涂完成后，130℃退火30min，得到吸光层；
在所述吸光层的表面以5000转/秒的转速旋涂所述空穴传输层材料溶液 30s，得到空穴传输层；
在所述空穴传输层的表面蒸镀氧化钼/金/氧化钼厚度分别为 15nm/10nm/70nm的透明电极层，得到组分为Cs0.18MA0.02FA0.80Pb(I0.75Br0.25)3半透明宽带隙钙钛矿顶电池(带隙值为1.68eV)。
实施例4
电子传输层材料溶液(氧化锡溶液)：按照1:6的体积比，将氧化锡胶 体(质量浓度为15％)和去离子水混合，得到氧化锡溶液；
空穴传输层材料溶液：将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨 基]-9,9'-螺二芴、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL锂盐溶液(浓度 为520mg/mL，锂盐的种类为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI))混合，得到 空穴传输层材料溶液；
钙钛矿前驱体溶液：将CsI：FAI：PbI2：PbBr2与DMF和DMSO的混 合液(DMF与DMSO的体积比为4:1)混合(CsI、FAI、PbI2和PbBr2在混合液 中的浓度分别为0.18mmol/mL、0.82mmol/mL、0.70mmol/mL、0.30mmol/mL)， 得到Cs0.18FA0.82Pb(I0.80Br0.20)3前驱液；
在玻璃表面溅射ITO电极层后，旋涂氧化锡溶液(转速为5000转/秒) 30s后，150℃退火30min，得到电子传输层；
在所述电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，所述旋涂的过程为先以 2000转/秒的转速旋涂10s后，以6000转/秒的转速旋涂40s，结束前20s滴 加浓度为99.99％的氯苯，所述旋涂完成后，130℃退火30min，得到吸光层；
在所述吸光层的表面以5000转/秒的转速旋涂所述空穴传输层材料溶液 30s，得到空穴传输层；
在所述空穴传输层的表面溅射200nm的ITO的透明电极层，得到组分 为Cs0.18FA0.82Pb(I0.80Br0.20)3半透明宽带隙钙钛矿顶电池(带隙值为1.65eV)。
实施例5
电子传输层材料溶液(氧化锡溶液)：按照1:6的体积比，将氧化锡胶 体(质量浓度为15％)和去离子水混合，得到氧化锡溶液；
空穴传输层材料溶液：将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨 基]-9,9'-螺二芴、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL锂盐溶液(浓度 为520mg/mL，锂盐的种类为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI))混合，得到 空穴传输层材料溶液；
钙钛矿前驱体溶液：将CsI：FAI：PbI2：PbBr2与DMF和DMSO的混 合液(DMF与DMSO的体积比为4:1)混合(CsI、FAI、PbI2和PbBr2在混合液 中的浓度分别为0.18mmol/mL、0.82mmol/mL、0.625mmol/mL、 0.375mmol/mL)，得到Cs0.18FA0.82Pb(I0.75Br0.25)3前驱液；
在玻璃表面溅射ITO电极层后，旋涂氧化锡溶液(转速为5000转/秒) 30s后，150℃退火30min，得到电子传输层；
在所述电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，所述旋涂的过程为先以 2000转/秒的转速旋涂10s后，以6000转/秒的转速旋涂40s，结束前20s滴 加浓度为99.99％的氯苯，所述旋涂完成后，130℃退火30min，得到吸光层；
在所述吸光层的表面以5000转/秒的转速旋涂所述空穴传输层材料溶液 30s，得到空穴传输层；
在所述空穴传输层的表面蒸镀氧化钼/金/氧化钼厚度分别为 15nm/10nm/70nm的透明电极层，得到组分为Cs0.18FA0.82Pb(I0.75Br0.25)3半透明 宽带隙钙钛矿顶电池(带隙值为1.67eV)。
实施例6
电子传输层材料溶液(氧化锡溶液)：按照1:6的体积比，将氧化锡胶 体(质量浓度为15％)和去离子水混合，得到氧化锡溶液；
空穴传输层材料溶液：将72.3mg 2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨 基]-9,9'-螺二芴、1mL氯苯、28.8μL4-叔丁基吡啶和17.5μL锂盐溶液(浓度 为520mg/mL，锂盐的种类为双三氟甲磺酰亚胺锂(Li-TFSI))混合，得到 空穴传输层材料溶液；
钙钛矿前驱体溶液：将CsI：MAI：FAI：PbI2：PbBr2与DMF和DMSO 的混合液(DMF与DMSO的体积比为4:1)混合(CsI、MAI、FAI、PbI2和PbBr2在混合液中的浓度分别为0.08mmol/mL、0.12mmol/mL、0.80mmol/mL、 0.625mmol/mL、0.375mmol/mL、)，得到Cs0.08MA0.12FA0.80Pb(I0.75Br0.25)3前驱 液；
在玻璃表面溅射ITO电极层后，旋涂氧化锡溶液(转速为5000转/秒) 30s后，150℃退火30min，得到电子传输层；
在所述电子传输层表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，所述旋涂的过程为先以 2000转/秒的转速旋涂10s后，以6000转/秒的转速旋涂40s，结束前20s滴 加浓度为99.99％的氯苯，所述旋涂完成后，130℃退火30min，得到吸光层；
在所述吸光层的表面以5000转/秒的转速旋涂所述空穴传输层材料溶液 30s，得到空穴传输层；
在所述空穴传输层的表面溅射200nm的ITO的透明电极层，得到组分 为Cs0.08MA0.12FA0.80Pb(I0.75Br0.25)3半透明宽带隙钙钛矿顶电池(带隙值为 1.68eV)。
实施例7
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例1所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.67eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
实施例8
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例2所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
实施例9
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例3所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
实施例10
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例4所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.65eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
实施例11
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例5所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.67eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
实施例12
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池，带隙值为1.1eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例6所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
实施例13
两端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池，带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例5所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.67eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
底电池与顶电池以ITO作为复合层结合。
实施例14
两端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：硅电池，带隙值为1.1eV，厚度为170μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例6所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
底电池与顶电池以ITO作为复合层结合。
对比例1
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池，带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例1；所述的半透明宽带隙钙钛矿顶 电池，带隙值为1.67eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
对比例2
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例2所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
对比例3
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例3所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
对比例4
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例4所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.65eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
对比例5
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例5所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.67eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
对比例6
四端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例6所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
对比例7
两端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例5所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.67eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
底电池与顶电池以ITO作为复合层结合。
对比例8
两端叠层太阳电池：
窄带隙底电池：碲化镉电池带隙值为1.5eV，厚度为1μm；
半透明宽带隙钙钛矿顶电池：实施例6所述的半透明宽带隙钙钛矿顶电 池，带隙值为1.68eV(所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池中的厚度为 15nm/10nm/70nm的氧化钼/金/氧化钼电极位于与窄带隙底电池相近的一侧)。
底电池与顶电池以ITO作为复合层结合。
测试例
将实施例1～6、实施例13～14和对比例7～8所述的半透明宽带隙钙钛矿 顶电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和能量转换效率进行测试，测 试结果如表1所示：
表1实施例1～6、实施例13～14和对比例7～8所述的半透明宽带隙钙钛 矿顶电池的开路电压、短路电流密度、填充因子和效率
Figure BDA0003489189460000191
将实施例7～12和对比例1～6制备得到的太阳电池进行性能测试，测试 过程为：光电转换效率测试过程：先测单结半透明钙钛矿太阳电池得到其效 率；将半透明钙钛矿太阳电池置于底电池上，对底电池进行效率测试，得到 滤光后的底电池效率，将顶电池效率和滤光后底电池效率相加即可得到叠层 效率；测试结果如表2所示：
表2实施例7～12和对比例1～6制备得到的太阳电池的性能参数
Figure BDA0003489189460000192
Figure BDA0003489189460000201
由表2可知，带隙匹配不在合适范围内时，叠层电池的效率将严重损失。
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 (10)

1.一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电池，所述二端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电池，其特征在于，
当所述叠层太阳电池为二端叠层太阳电池时：当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.65～1.70eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.93～1.18eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.70～1.75eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为1.00～1.20eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.75～1.80eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为1.13～1.22eV。
2.如权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述二端叠层太阳电池包括依次层叠设置的窄带隙底电池、复合层和半透明宽带隙钙钛矿顶电池。
3.一种叠层太阳电池，所述叠层太阳电池为四端叠层太阳电池，所述四端叠层太阳电池包括窄带隙底电池和半透明宽带隙钙钛矿顶电池，其特征在于，
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.65～1.75eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.80～1.23eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.75～1.85eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.80～1.26eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.85～1.95eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.80～1.30eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为1.95～2.05eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.85～1.35eV；
当所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池的带隙值为2.05～2.15eV时，所述窄带隙底电池的带隙值为0.9～1.30eV。
4.如权利要求3所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述四端叠层太阳电池包括依次堆叠设置的第一子电池和第二子电池，所述第一子电池为窄带隙底电池，所述第二子电池为半透明宽带隙钙钛矿顶电池。
5.如权利要求1～4任一项所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述半透明宽带隙钙钛矿顶电池包括依次设置的第一透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和第二透明电极。
6.如权利要求5所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述吸光层的材料包括宽带隙钙钛矿材料；
所述宽带隙钙钛矿材料的结构式为ABX3；
其中，A为甲胺离子、二甲胺离子、甲脒离子、铯离子、铷离子和钾离子中的一种或几种；
B为铅离子、锡离子、锑离子和铋离子中的一种或几种；
X为碘离子、溴离子、氯离子和硫氰根离子中的一种或几种。
7.如权利要求6所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述B为铅离子。
8.如权利要求7所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述A为铯离子和甲脒离子；所述铯离子和甲脒离子的摩尔比为(0.05～0.35)：(0.65～0.95)。
9.如权利要求7所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述A为铯离子、甲胺离子和甲脒离子；所述铯离子、甲胺离子和甲脒离子的摩尔比为(0～0.3)：(0～0.45)：(0.50～0.80)。
10.如权利要求8或9所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述X为碘离子和溴离子；
所述碘离子和溴离子的摩尔比为(0～0.8)：(0.2～1.0)。
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