CN114695672A - 一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法 - Google Patents

一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种叠层太阳电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。本发明提供的叠层太阳电池半透明叠层的设计是在提高电池效率的同时实现选择性的滤光设计，可调谐的吸收人眼不可见的紫外以及红外区的光，透射出与人眼视觉具有良好响应的可见光，从而在有效降低成本且提升PCE，同时保持良好的人眼舒适度，提供卓越而稳定的发电、节能和隐私保护性能。本发明提供的基于选择性滤光设计的叠层太阳电池，具有良好的显色特性，可作为用于遮挡日光、保护隐私的光伏玻璃应用，实现太阳电池在BIPV、幕墙、航空和汽车智能窗等美学应用领域进一步的广泛应用。

Description

一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层 太阳电池及其制备方法
技术领域
本发明属于无机钙钛矿叠层太阳电池技术领域，涉及一种叠层太阳电池及其制备方法，尤其涉及一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法。
背景技术
近年来，有机无机钙钛矿太阳电池(PerSCs)由于其低激子结合能、高吸收系数、低陷阱态密度和长扩散长度等优异的光电特性引起了科研工作者极大的兴趣，且作为最有前途的光伏技术之一，其功率转换效率(PCE)已达到25％以上。其中，以无机Cs+替代有机阳离子形成的全无机钙钛矿(CsPbIxBr3-x)具有更好的光稳定性，成为近年来兴起的具有重大应用前景的光电材料。然而单结太阳电池的功率转换效率受到肖克利-奎伊瑟(Shockley-Quiesser)极限的限制，构建叠层结构的太阳电池可以提高单结电池的光子吸收并降低热损失，同时还能有效降低成本。目前，基于有机体异质结的太阳电池具有优异的近红外吸收(最低可达1.25eV的带隙)。同时，有机太阳电池(OSCs)由于其与PerSCs的固有正交溶剂特性，质量轻和可制备柔性器件的优势，且有机材料可设计性强，其分子结构及能级易于调节，非常适合与全无机钙钛矿材料结合制备整体全无机钙钛矿/有机叠层器件。
但是，传统叠层太阳电池致力于实现太阳光全光谱高效吸收利用，大幅度提高电池PCE，在面建筑美学日益强化的今天，一定程度上限制了其在光伏建筑一体化(BIPV)中作为建筑立面、屋顶和玻璃天窗等场景的广泛应用。为此，半透明太阳电池通过采用两端透明电极，在实现光电能量转换的同时，具有遮挡阳光、保护隐私及具有良好人眼舒适度的透射光效果，在建筑幕墙、农业温室等实际应用美学等方面具有极大的前景。但是，当下较多半透明太阳电池的设计，其器件最终展现出的色彩并不具有非常良好的人眼舒适度，且在优化器件可见光透射率(AVT)的同时受到单结太阳电池PCE极限的限制。
因此，如何找到一种更为适宜的叠层太阳电池，解决上述现有的叠层太阳电池存在的局限性，进一步的拓宽叠层太阳电池的应用深度和宽度，已成为本领域诸多具有前瞻性的研究人员广为关注的焦点之一。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种叠层太阳电池，特别是一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法，本发明提供的太阳电池采用全无机CsPbI3-xBrx作为前紫外光吸收窗口，聚合物电子供体和近红外及红外吸收较强的IEICO系列非富勒烯受体作为后吸收层，结合PTB7-Th/MoO3/Ag/PFN-Br的低损耗中间层，实现太阳光谱的更有效利用的同时保持良好显色特性，并可以在拓宽吸收光谱提升电池效率的同时吸收紫外光抑制对后电池的光降解，改善叠层太阳电池的光稳定性；该太阳电池可以实现紫外与红外人眼不可见光优异吸收的同时，透过可见光，获得半透明叠层太阳电池良好的可见光透射率。
本发明提供了一种叠层太阳电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。
优选的，所述导电基底包括透明导电基底；
所述电子传输层的材料包括SnO2、TiO2和ZnO一种或多种；
所述电子传输层的厚度为10～40nm；
所述全无机钙钛矿层的材料包括CsPbI3-xBrx；其中x为1～1.5。
优选的，所述导电基底为覆盖有ITO膜的导电基底；
所述全无机钙钛矿层的厚度为100～250nm；
所述叠层太阳电池包括全无机钙钛矿叠层太阳电池；
所述全无机钙钛矿叠层太阳电池具体为全无机钙钛矿/有机活性层叠层太阳电池。
优选的，所述中间复合层包括钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
所述中间复合层的厚度为40～80nm；
所述有机活性层的材料包括吸收边大于650nm且小于1200nm的有机电子给受体材料组合；
所述给受体材料组合包括给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4F、给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4Cl和给体材料PM6/受体材料Y6中的一种或多种；
所述有机活性层的厚度为50～100nm。
优选的，所述钙钛矿钝化层的材料包括PTB7-Th、P3HT和Spiro-OMeTAD中的一种或多种；
所述前节空穴传输层的材料包括MoO3；
所述电荷复合中心层的材料包括Au和/或Ag；
所述后节电子传输层的材料包括PFN-Br、TIPD和PFN-OX中的一种或多种；
所述叠层太阳电池为半透明叠层太阳电池；
所述半透明叠层太阳电池为具有选择性滤光功能的半透明叠层太阳电池。
优选的，所述空穴传输层的材料包括MoO3；
所述空穴传输层的厚度为6～15nm；
所述金属电极层的材料包括Ag和/或Au；
所述金属电极层的厚度为8～20nm。
本发明提供了一种叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
a)在覆盖有ITO膜的透明导电基底的表面依次叠加设置电子传输层、全无机钙钛矿层；
b)在上述步骤得到的全无机钙钛矿层上制备中间复合层，依次为钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
c)在上述步骤得到的中间复合层上依次制备有机体异质结活性层，空穴传输层和金属电极层，得到叠层太阳电池。
优选的，所述步骤a)具体包括以下步骤：
a1)在覆盖有ITO膜的透明基底的表面涂覆含有电子传输材料的溶液，退火，形成电子传输层；
a2)在所述电子传输层的表面多步旋涂全无机钙钛矿的前驱体溶液，经过阶梯退火后，形成全无机钙钛矿层；
所述步骤a1)中，所述退火的温度为120～180℃；
所述步骤a1)中，所述退火的时间为10～60min；
所述步骤a2)中，所述阶梯退火的温度依次为30～60℃和120～200℃；
所述步骤a2)中，所述阶梯退火的时间依次为0.5～2min和4～20min。
优选的，所述步骤b)具体包括以下步骤：
b1)在所述全无机钙钛矿层的表面涂覆含有聚合物供体材料的溶液，形成钙钛矿钝化层；
b2)在所述钙钛矿钝化层表面蒸镀空穴传输材料后，形成前节空穴传输层；
b3)在所述空穴传输层的表面蒸镀金属材料后，形成电荷复合中心层；
b4)在所述电荷复合中心层的表面涂覆电子传输材料后，形成后节电子传输层；
所述镀的方式包括蒸镀；
所述蒸镀的真空度为4×10-4～1×10-5Pa。
优选的，所述步骤c)具体包括以下步骤：
c1)在所述后节电子传输层的表面涂覆含有给体材料和受体材料的溶液，再经退火后，形成有机活性层；
c2)在所述有机活性层的表面镀空穴传输材料后，形成空穴传输层；
c3)在所述空穴传输层的表面镀金属电极材料后，形成金属电极层；
所述步骤c1)中，所述溶液中还含有1-氯萘；
所述1-氯萘在溶液中的含量为0.2～2vol％；
所述镀的方式包括蒸镀；
所述蒸镀的真空度为4×10-4～1×10-5Pa。
本发明提供了一种叠层太阳电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。与现有技术相比，本发明与传统叠层太阳电池为克服单结极限的结构设计有所不同的是，本发明提供的叠层太阳电池具有特定的结构和组成，通过全无机钙钛矿层和有机活性层的配合使用，整体半透明叠层的设计是在提高电池效率的同时实现选择性的滤光设计，可调谐的吸收人眼不可见的紫外以及红外区的光，透射出与人眼视觉具有良好响应的可见光，从而在有效降低成本且提升PCE，同时保持良好的人眼舒适度，提供卓越而稳定的发电、节能和隐私保护性能实现太阳电池在BIPV、幕墙、航空和汽车智能窗等美学应用领域进一步的广泛应用。
本发明还进一步通过调节全无机钙钛矿(ABX3)的X位的卤族元素(I、Br)的具体比例，具体为CsPbI3-xBrx(x取1～1.7)，同时遴选具有合适近红外和红外吸收的有机电子给体材料和受体材料(主要取吸收边可到1050nm的IEICO系列电子受体材料，有IEICO、IECO-4Cl和IEICE-4F)，结合调控给受体材料比例(一定程度上可使吸收边红移)，优化器件内部载流子输运和内部光场分布，使得叠层器件具有半透明的功能，得到了基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池。该半透明叠层太阳电池的前后节子电池的光谱吸收，在获得太阳光谱的更有效利用的同时保持良好显色特性，在拓宽吸收光谱提升电池PCE的同时吸收紫外光抑制对后电池的光降解，改善叠层太阳电池的光稳定性；另一方面，太阳电池可以实现紫外与红外人眼不可见光优异吸收，透过部分可见光，获得半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池良好的可见光透射率。在本发明中，通过在叠层太阳电池中遴选合适的子电池吸收层，优化器件的内部光场分布，能够实现更宽波长内光谱吸收，从而提高太阳电池的短路电流密度(Jsc)和光电转换效率。另外，由于叠层结构设计，器件的开路电压(Voc)也会获得提升，从而可以选择较为廉价的光电材料，大幅降低器件制备成本；而且，这种遴选吸收层在光电转换的同时可以过滤掉紫外及红外波段的光，且全无机钙钛矿材料本就具有良好的热稳定性，可作为紫外光吸收窗口保护后结有机电池，提升了叠层太阳电池整体的光稳定性。
本发明提供的基于选择性滤光设计的叠层太阳电池，具有良好的显色特性，可作为用于遮挡日光、保护隐私的光伏玻璃应用，在汽车、航空、建筑集成光伏等领域具有广阔的应用前景。
实验结果表明，本发明提供的基于选择性滤光设计制备的半透明叠层太阳电池可以在100mW/cm2的模拟太阳光照下实现13.24％的光电转换效率，同时开路电压为1.868V，短路电流密度为11.50mA/cm2，填充因子为61.64％，展现出优异的光电性能；其次，对半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池进行外量子效率(EQE)特性分析，半透明器件的EQE光谱与其活性层吸收光谱非常吻合，在紫外和红外波段具有很强的光谱吸收响应基于CsPbI2Br和PTB7-Th:IEICO-4F的选择性滤光设计的半透明叠层器件的EQE响应在380～550nm波长范围内超过70％，在760～930nm波长范围内超过60％，表明该半透明器件在紫外及红外波段具有良好光子吸收利用；另外，器件在300～800nm的波长范围内具有较为平坦的透射率，这对于实现良好人眼视觉响应的中性色太阳电池至关重要。制备得到的半透明器件的色坐标为(0.36,0.35)，在阳光下透射后展现出中性色良好显色。
附图说明
图1为本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的结构示意图；
图2为本发明提供的实施例制备的全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的透过花朵的数码照片图；
图3为本发明提供的实施例制备的全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V特性曲线图；
图4为本发明提供的实施例制备的全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的外量子效率(EQE)特性曲线图；
图5为本发明提供的实施例制备的全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的透射光谱和颜色坐标(CIE)图。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
本发明所用原料，对其纯度没有特别限制，本发明优选为分析纯或无机钙钛矿叠层太阳电池制备领域的常规纯度即可。
本发明所有材料，其牌号和简称均属于本领域常规牌号和简称，每个牌号和简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据牌号、简称以及相应的用途，能够从市售中购买得到或常规方法制备得到。
本发明所有工艺，其简称均属于本领域的常规简称，每个简称在其相关用途的领域内均是清楚明确的，本领域技术人员根据简称，能够理解其常规的工艺步骤。
本发明提供了一种叠层太阳电池，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。
在本发明中，所述导电基底优选包括透明导电基底。
在本发明中，所述导电基底优选为覆盖有ITO膜的导电基底。
在本发明中，所述电子传输层的材料优选包括SnO2、TiO2和ZnO一种或多种，更优选为SnO2、TiO2或ZnO。
在本发明中，所述电子传输层的厚度优选为10～40nm，更优选为15～35nm，更优选为20～30nm。
在本发明中，所述全无机钙钛矿层的材料优选包括CsPbI3-xBrx；其中x优选为1～1.5，更优选为1.1～1.4，更优选为1.2～1.3。具体的，所述CsPbI3-xBrx可以为CsPbI2Br、CsPbI1.9Br1.1、CsPbI1.8Br1.2、CsPbI1.7Br1.3、CsPbI1.6Br1.4和CsPbI1.5Br1.5中的一种或多种，更优选为CsPbI2Br、CsPbI1.9Br1.1、CsPbI1.8Br1.2、CsPbI1.7Br1.3、CsPbI1.6Br1.4或CsPbI1.5Br1.5。
在本发明中，所述全无机钙钛矿层的厚度优选为100～250nm，更优选为130～220nm，更优选为160～190nm。
在本发明中，所述中间复合层优选包括钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层。具体的，可以为PTB7-Th/MoO3/Ag/PFN-Br、P3HT/MoO3/Ag/PFN-Br和PBDB-T/MoO3/Ag/PFN-Br中的一种或多种，更优选为PTB7-Th/MoO3/Ag/PFN-Br、P3HT/MoO3/Ag/PFN-Br或PBDB-T/MoO3/Ag/PFN-Br。
在本发明中，所述中间复合层的厚度优选为40～80nm，更优选为45～75nm，更优选为50～70nm，更优选为55～65nm。
在本发明中，所述钙钛矿钝化层的材料优选包括PTB7-Th、P3HT和Spiro-OMeTAD中的一种或多种，更优选为PTB7-Th、P3HT或Spiro-OMeTAD。
在本发明中，所述前节空穴传输层的材料优选包括MoO3。
在本发明中，所述电荷复合中心层的材料优选包括Au和/或Ag，更优选为Au或Ag。
在本发明中，所述后节电子传输层的材料优选包括PFN-Br、TIPD和PFN-OX中的一种或多种，更优选为PFN-Br、TIPD或PFN-OX。
在本发明中，所述有机活性层的材料优选包括吸收边大于650nm且小于1200nm的有机电子给受体材料组合，更优选为大于750nm且小于1100nm，更优选为大于850nm且小于1000nm。具体的，所述给受体材料组合优选为给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4F、给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4Cl和给体材料PM6/受体材料Y6中的一种或多种，更优选为给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4F、给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4Cl或给体材料PM6/受体材料Y6。
在本发明中，所述有机活性层的厚度优选为50～100nm，更优选为60～90nm，更优选为70～80nm。
在本发明中，所述空穴传输层的材料优选包括MoO3。
在本发明中，所述空穴传输层的厚度优选为6～15nm，更优选为8～13nm，更优选为10～11nm。
在本发明中，所述金属电极层的材料优选包括Ag和/或Au，更优选包括Ag或Au。
在本发明中，所述金属电极层的厚度优选为8～20nm，更优选为10～18nm，更优选为12～16nm。
在本发明中，所述叠层太阳电池优选包括全无机钙钛矿叠层太阳电池。
在本发明中，所述全无机钙钛矿叠层太阳电池具体优选为全无机钙钛矿/有机活性层叠层太阳电池。
在本发明中，所述叠层太阳电池优选为半透明叠层太阳电池。
在本发明中，所述半透明叠层太阳电池优选为具有选择性滤光功能的半透明叠层太阳电池。
本发明为更好的完整和细化整体技术方案，更好的提高叠层太阳电池的性能、短路电流密度和光电转换效率，具有更好的半透明性能，上述叠层太阳电池具体可以为以下结构和参数：
本发明提供的基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池，包括依次设置的覆盖有ITO膜的透明导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层、后节电子传输层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。
具体的，所述电子传输层的材料为SnO2、TiO2和ZnO一种或多种。所述电子传输层的厚度为10～40nm。
具体的，所述全无机钙钛矿层为CsPbI2Br；或，所述全无机钙钛矿层为CsPbI1.9Br1.1；或，所述全无机钙钛矿层为CsPbI1.8Br1.2；或，所述全无机钙钛矿层为CsPbI1.7Br1.3。所述全无机钙钛矿层的厚度为100～250nm。
具体的，所述中间层包括钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层。所述中间层为PTB7-Th/MoO3/Ag/PFN-Br；或，所述中间层为P3HT/MoO3/Ag/PFN-Br；或，所述中间层为PBDB-T/MoO3/Ag/PFN-Br。所述中间层的厚度为40～80nm。
具体的，所述活性层中的给体材料为PTB7-Th，受体材料为IEICO-4F；或，所述活性层中的给体材料为PTB7-Th，受体材料为IEICO-4Cl；或，所述活性层中的给体材料为PM6，受体材料为Y6。所述活性层的厚度为50-100nm。
具体的，所述空穴传输层的材料为MoO3。所述空穴传输层的厚度为6～15nm。
具体的，所述金属电极层的材料为Ag和/或Au。所述金属电极层的厚度为8～20nm。
参见图1，图1为本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的结构示意图，其中，1为覆盖有ITO膜的透明基底，2为电子传输层，3为全无机钙钛矿层、4为钙钛矿钝化层、5为前节空穴传输层、6为金属电荷复合中心层、7为后节电子传输层、8为有机活性层，9为空穴传输层，10为金属电极层。
更进一步的，本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池包括覆盖有ITO膜的透明基底1、电子传输层2、全无机钙钛矿层3、钙钛矿钝化层4、前节空穴传输层5、金属电荷复合中心层6、后节电子传输层7、有机活性层8、空穴传输层9和金属电极层10。
具体的，覆盖有ITO膜的透明基底1优选为覆盖有ITO膜的导电玻璃；所述覆盖有ITO膜的导电玻璃的厚度优选为80～150nm，具体可为80nm、90nm、100nm、110nm、120nm、130nm、140nm或150nm；所述覆盖有ITO膜的导电玻璃的方阻优选为5～20Ω/sq，具体可为5Ω/sq、6Ω/sq、7Ω/sq、8Ω/sq、9Ω/sq、10Ω/sq、11Ω/sq、12Ω/sq、13Ω/sq、14Ω/sq、15Ω/sq、16Ω/sq、17Ω/sq、18Ω/sq、19Ω/sq或20Ω/sq。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，电子传输层2设置在覆盖有ITO膜的透明基底1的表面；电子传输层2的材料优选为SnO2；电子传输层2的厚度优选为10～30nm，具体可为10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm或30nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，全无机钙钛矿层3设置在电子传输层2的表面；全无机钙钛矿层3优选为CsPbI3-xBrx(x取1～1.7)，由CsI、PbI2、PbBr2的浓度分别为1.2M、0.6M、0.6M；全无机钙钛矿层3的厚度优选为100-250nm，具体可为100nm、110nm、120nm、130nm、140nm、150nm、160nm、170nm、180nm、190nm、200nm、210nm、220nm、230nm、240nm或250nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，钙钛矿钝化层4设置在全无机钙钛矿层3的表面；钙钛矿钝化层材料优选为PTB7-Th或P3HT或PBDB-T，由其溶于氯苯(CB)中旋涂于钙钛矿层3上，优选浓度为5～10mg/mL，更优选为7～8mg/mL；钙钛矿钝化层4的厚度优选为10～30nm，更优选为15～25nm，更优选为18～22nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，前节空穴传输层5设置在钙钛矿钝化层4的表面；前节空穴传输层5材料优选为MoO3，前节空穴传输层4的厚度优选为30～60nm，具体可为30nm、32nm、34nm、36nm、38nm、40nm、42nm、44nm、46nm、48nm、50nm、52nm、54nm、56nm、58nm、60nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，金属电荷复合中心层6设置在前节空穴传输层5的表面；金属电荷复合中心层优选为Ag或Au；金属电荷复合中心层6的厚度优选为0.5～2nm，具体可为0.5nm、0.6nm、0.7nm、0.8nm、0.9nm、1.0nm、1.1nm、1.2nm、1.3nm、1.4nm、1.5nm、1.6nm、1.7nm、1.8nm、1.9nm或2.0nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，后节电子传输层7设置在电荷复合中心层6的表面；后节电子传输层7优选为PFN-Br；后节电子传输层6的厚度优选为15～30nm，具体可为15nm、16nm、17nm、18nm、19nm、20nm、21nm、22nm、23nm、24nm、25nm、26nm、27nm、28nm、29nm或30nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，有机活性层8设置在后节电子传输层7的表面；有机活性层8中的受体材料优选为IEICO-4Cl或IEICO-4F，给体材料优选为PTB7-Th或PM6，在本发明中利用窄带隙非富勒烯材料IEICO-4F或IEICO-4Cl为受体，其在红外及近红外区(～1050nm)具有很强的光吸收，和电子给体材料PTB7-Th混合后，其薄膜在可见光区域表现出相对较低的光吸收，在近红外区域展现出较强吸收。在本发明提供的一个实施例中，有机活性层8中的给体材料为PTB7-Th，受体材料为IEICO-4F，所述给体材料与受体材料的质量比优选为1：(1～3)，更优选为1:2.1；在本发明提供的另一个实施例中，有机活性层8中的给体材料为PTB7-Th，受体材料为IEICO-4Cl，所述给体材料与受体材料的质量比优选为1：(1～3)，更优选为1:2.1。在本发明中，有机活性层8的厚度优选为80～120nm，具体可为80nm、82nm、85nm、87nm、90nm、92nm、95nm、97nm、100nm、102nm、105nm、107nm、110nm、112nm、115nm、117nm或120nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，空穴传输层9设置在有机活性层8的表面；空穴传输层9的材料优选为MoO3；空穴传输层8的厚度优选为6～15nm，具体可为6nm、6.5nm、7nm、7.5nm、8nm、8.5nm、9nm、9.5nm、10nm、10.5nm、11nm、11.5nm、12nm、12.5nm、13nm、13.5nm、14nm、14.5nm或15nm。
具体的，在本发明提供的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池中，金属电极层10设置在空穴传输层9的表面；金属电极层10的材料优选为Ag和/或Au；金属电极层9的厚度优选为8～20nm，具体可为8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm或20nm。
本发明通过调节全无机钙钛矿(ABX3)的X位的卤族元素(I、Br)的具体比例，具体为CsPbI3-xBrx(X取1～1.7)，同时遴选具有合适近红外和红外吸收的有机电子给体材料和受体材料(主要优选吸收边可到1050nm的IEICO系列电子受体材料，有IEICO、IECO-4Cl和IEICE-4F)，结合调控给受体材料比例(一定程度上可使吸收边红移)，优化器件内部载流子输运和内部光场分布，使得叠层器件具有半透明的功能，设计了该基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池。该半透明叠层太阳电池的前后节子电池的光谱吸收，在获得太阳光谱的更有效利用的同时保持良好显色特性，在拓宽吸收光谱提升电池PCE的同时吸收紫外光抑制对后电池的光降解，改善叠层太阳电池的光稳定性；另一方面，太阳电池可以实现紫外与红外人眼不可见光优异吸收，透过部分可见光，获得半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池良好的可见光透射率。在本发明中，通过在叠层太阳电池中遴选合适的子电池吸收层，优化器件的内部光场分布，能够实现更宽波长内光谱吸收，从而提高太阳电池的短路电流密度和光电转换效率。另外，由于叠层结构设计，器件的开路电压也会获得提升，从而可以选择较为廉价的光电材料，大幅降低器件制备成本；而且，这种遴选吸收层在光电转换的同时可以过滤掉紫外及红外波段的光，且全无机钙钛矿材料本就具有良好的热稳定性，可作为紫外光吸收窗口保护后结有机电池，提升了叠层太阳电池整体的光稳定性；此外，这种基于选择性滤光设计的叠层太阳电池，具有良好的显色特性，可作为用于遮挡日光、保护隐私的光伏玻璃应用，在汽车、航空、建筑集成光伏等领域具有广阔的应用前景。
本发明提供了一种叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
a)在覆盖有ITO膜的透明导电基底的表面依次叠加设置电子传输层、全无机钙钛矿层；
b)在上述步骤得到的全无机钙钛矿层上制备中间复合层，依次为钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
c)在上述步骤得到的中间复合层上依次制备有机体异质结活性层，空穴传输层和金属电极层，得到叠层太阳电池。
本发明首先在覆盖有ITO膜的透明导电基底的表面依次叠加设置电子传输层、全无机钙钛矿层。
在本发明中，所述步骤a)具体包括以下步骤：
a1)在覆盖有ITO膜的透明基底的表面涂覆含有电子传输材料的溶液，退火，形成电子传输层；
a2)在所述电子传输层的表面多步旋涂全无机钙钛矿的前驱体溶液，经过阶梯退火后，形成全无机钙钛矿层
本发明首先在覆盖有ITO膜的透明基底的表面涂覆含有电子传输材料的溶液，退火，形成电子传输层。
在本发明中，所述步骤a1)中，所述退火的温度优选为120～180℃，更优选为130～170℃，更优选为140～160℃。
在本发明中，所述步骤a1)中，所述退火的时间优选为10～60min，更优选为20～50min，更优选为30～40min。
本发明再在所述电子传输层的表面多步旋涂全无机钙钛矿的前驱体溶液，经过阶梯退火后，形成全无机钙钛矿层。
在本发明中，所述步骤a2)中，所述阶梯退火的温度依次优选为30～60℃和120～200℃，更优选为35～55℃和135～185℃，更优选为40～50℃和150～170℃。
在本发明中，所述步骤a2)中，所述阶梯退火的时间依次优选为0.5～2min和4～20min，更优选为0.8～1.7min和7～17min，更优选为1.1～1.4min和10～14min。
本发明再在上述步骤得到的全无机钙钛矿层上制备中间复合层，依次为钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层。
在本发明中，所述步骤b)具体优选包括以下步骤：
b1)在所述全无机钙钛矿层的表面涂覆含有聚合物供体材料的溶液，形成钙钛矿钝化层；
b2)在所述钙钛矿钝化层表面蒸镀空穴传输材料后，形成前节空穴传输层；
b3)在所述空穴传输层的表面蒸镀金属材料后，形成电荷复合中心层；
b4)在所述电荷复合中心层的表面涂覆电子传输材料后，形成后节电子传输层；
本发明首先在所述全无机钙钛矿层的表面涂覆含有聚合物供体材料的溶液，形成钙钛矿钝化层。
本发明再在所述钙钛矿钝化层表面蒸镀空穴传输材料后，形成前节空穴传输层。
本发明随后在所述空穴传输层的表面蒸镀金属材料后，形成电荷复合中心层。
在本发明中，所述镀的方式优选包括蒸镀。
在本发明中，所述蒸镀的真空度优选为4×10-4～1×10-5Pa，更优选为5×10-4～9×10-4Pa，更优选为6×10-4～8×10-4Pa。
本发明最后在所述电荷复合中心层的表面涂覆电子传输材料后，形成后节电子传输层。
本发明最后在上述步骤得到的中间复合层上依次制备有机体异质结活性层，空穴传输层和金属电极层，得到叠层太阳电池。
在本发明中，所述步骤c)具体优选包括以下步骤：
c1)在所述后节电子传输层的表面涂覆含有给体材料和受体材料的溶液，再经退火后，形成有机活性层；
c2)在所述有机活性层的表面镀空穴传输材料后，形成空穴传输层；
c3)在所述空穴传输层的表面镀金属电极材料后，形成金属电极层；
本发明首先在所述后节电子传输层的表面涂覆含有给体材料和受体材料的溶液，再经退火后，形成有机活性层。
在本发明中，所述步骤c1)中，所述溶液中优选含有1-氯萘。
在本发明中，所述1-氯萘在溶液中的含量优选为0.2～2vol％，更优选为0.6～1.6vol％，优选为1～1.2vol％。
本发明再在所述有机活性层的表面镀空穴传输材料后，形成空穴传输层。
本发明最后在所述空穴传输层的表面镀金属电极材料后，形成金属电极层。
在本发明中，所述镀的方式优选包括蒸镀。
在本发明中，所述蒸镀的真空度优选为4×10-4～1×10-5Pa，更优选为5×10-4～9×10-4Pa，更优选为6×10-4～8×10-4Pa。
本发明为更好的完整和细化整体技术方案，更好的提高叠层太阳电池的性能、短路电流密度和光电转换效率，具有更好的半透明性能，上述叠层太阳电池的制备方法具体可以为以下步骤：
本发明提供的选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池的制备方法，包括以下步骤：
a)在覆盖有ITO膜的透明导电基底的表面依次叠加设置电子传输层、全无机钙钛矿层；
b)在所述全无机钙钛矿层上制备中间层，依次为钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层、后节电子传输层。
c)在中间层上依次制备有机体异质结活性层，空穴传输层和金属电极层，得到半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池。
优选的，步骤a)具体包括：
a1)在覆盖有ITO膜的透明基底的表面涂覆含有电子传输材料的溶液，退火，形成电子传输层；
a2)在所述电子传输层的表面涂覆合适比例的全无机钙钛矿的前驱体溶液，多步旋涂，阶梯退火，形成全无机钙钛矿层；
优选的，步骤b)具体包括：
b1)在所述全无机钙钛矿层的表面涂覆含有聚合物供体材料的溶液，形成钙钛矿钝化层，再镀空穴传输材料，形成前节空穴传输层；
b2)在所述空穴传输层的表面蒸镀金属材料，形成电荷复合中心层；
b3)在所述电荷复合中心层的表面涂覆电子传输材料，形成后节电子传输层。
优选的，步骤c)具体包括：
c1)在所述后节电子传输层的表面涂覆含有一定比例的给体材料和受体材料的溶液，退火，形成有机活性层；
c2)在所述有机活性层的表面镀空穴传输材料，形成空穴传输层；
c3)在所述空穴传输层的表面镀金属电极材料，形成金属电极层；
优选的，步骤a1)中，所述退火的温度为120～180℃，所述退火的时间为10～60min；
优选的，步骤a2)中，所述前驱液溶液的的阶梯退火温度依次为42℃(1min)，160℃(10min)；
优选的，步骤c1)中，所述溶液中还含有1-氯萘(1-CN)，所述1-氯萘在溶液中的含量为0.2～2vol％，溶剂退火的时间为5～20min；
优选的，步骤b1)b2)c2)c3)中，所述镀的方式均为蒸镀，所述蒸镀的真空度为4×10-4～1×10-5Pa。
在本发明提供的上述设置过程中，步骤a1)中，所述覆盖有ITO膜的透明基底在进行涂覆之前，优选先进行表面处理，所述表面处理的具体步骤优选为：依次进行洗涤、干燥和紫外光照处理。
在本发明提供的上述设置过程中，步骤a1)中，所述溶液中的电子传输材料优选为SnO2，溶剂优选为水；所述溶液优选由SnO2水胶体分散液用超纯水稀释后获得，所述SnO2水胶体分散液中的SnO2含量优选为10～20wt％，具体可为15wt％，所述SnO2水胶体分散液和水的体积比优选为1：(8～15)，具体可为1:8、1:9、1:10、1:11、1:12、1:13、1:14或1:15；所述涂覆的方式优选为旋涂，所述旋涂的转速优选为3000～5000rpm，所述旋涂的时间优选为30～60s；所述退火的温度优选为120～180℃，具体可为120℃、125℃、130℃、135℃、140℃、145℃、150℃、155℃、160℃、165℃、170℃、175℃或180℃；所述退火的时间优选为10～60min，具体可为10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、45min、50min、55min或60min。
在本发明提供的上述设置过程中，步骤a2)中，若所述溶液中的给体材料选择PTB7-Th，受体材料选择IEICO-4F时，则给体材料与受体材料的质量比优选为1:(1～3)，更优选为1:2.1；所述溶液中的溶剂优选为氯仿(CF)；所述溶液的浓度优选为20～30mg/mL，具体可为20mg/mL、21mg/mL、22mg/mL、23mg/mL、24mg/mL、25mg/mL、26mg/mL、27mg/mL、28mg/mL、29mg/mL或30mg/mL；所述涂覆的方式优选为滴涂，所述旋涂的转速优选为3000～5000rpm，具体可为4000rpm，所述旋涂的时间优选为30～90s，具体可为50s。
在本发明提供的上述设置过程中，步骤c1)中，所述溶液中优选还含有一定量的1-氯萘，所述1-氯萘的添加可以使材料具有更充分的时间进行自组装并形成更加有序的分子间堆积，从而改善BHJ供体和受体的排列并形成给受体混合均匀的形貌；所述1-氯萘在溶液中的含量优选为0.2～2vol％，具体可为0.2vol％、0.3vol％、0.4vol％、0.5vol％、0.6vol％、0.7vol％、0.8vol％、0.9vol％、1.0vol％、1.1vol％、1.2vol％、1.3vol％、1.4vol％、1.5vol％、1.6vol％、1.7vol％、1.8vol％、1.9vol％或2vol％。
在本发明提供的上述设置过程中，各个步骤中所述镀的方式优选均为蒸镀；所述蒸镀的真空度优选为4×10-4～9×10-5Pa。
本发明上述步骤提供了一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法。本发明提供的叠层太阳电池具有特定的结构和组成，通过全无机钙钛矿层和有机活性层的配合使用，整体半透明叠层的设计是在提高电池效率的同时实现选择性的滤光设计，可调谐的吸收人眼不可见的紫外以及红外区的光，透射出与人眼视觉具有良好响应的可见光，从而在有效降低成本且提升PCE，同时保持良好的人眼舒适度，提供卓越而稳定的发电、节能和隐私保护性能实现太阳电池在BIPV、幕墙、航空和汽车智能窗等美学应用领域进一步的广泛应用。
本发明还通过调节全无机钙钛矿(ABX3)的X位的卤族元素(I、Br)的具体比例，具体为CsPbI3-xBrx(x取1～1.7)，同时遴选具有合适近红外和红外吸收的有机电子给体材料和受体材料(主要取吸收边可到1050nm的IEICO系列电子受体材料，有IEICO、IECO-4Cl和IEICE-4F)，结合调控给受体材料比例(一定程度上可使吸收边红移)，优化器件内部载流子输运和内部光场分布，使得叠层器件具有半透明的功能，得到了基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池。该半透明叠层太阳电池的前后节子电池的光谱吸收，在获得太阳光谱的更有效利用的同时保持良好显色特性，在拓宽吸收光谱提升电池PCE的同时吸收紫外光抑制对后电池的光降解，改善叠层太阳电池的光稳定性；另一方面，太阳电池可以实现紫外与红外人眼不可见光优异吸收，透过部分可见光，获得半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池良好的可见光透射率。在本发明中，通过在叠层太阳电池中遴选合适的子电池吸收层，优化器件的内部光场分布，能够实现更宽波长内光谱吸收，从而提高太阳电池的短路电流密度(Jsc)和光电转换效率。另外，由于叠层结构设计，器件的开路电压(Voc)也会获得提升，从而可以选择较为廉价的光电材料，大幅降低器件制备成本；而且，这种遴选吸收层在光电转换的同时可以过滤掉紫外及红外波段的光，且全无机钙钛矿材料本就具有良好的热稳定性，可作为紫外光吸收窗口保护后结有机电池，提升了叠层太阳电池整体的光稳定性。
本发明提供的基于选择性滤光设计的叠层太阳电池，具有良好的显色特性，可作为用于遮挡日光、保护隐私的光伏玻璃应用，在汽车、航空、建筑集成光伏等领域具有广阔的应用前景。
实验结果表明，本发明提供的基于选择性滤光设计制备的半透明叠层太阳电池可以在100mW/cm2的模拟太阳光照下实现13.24％的光电转换效率，同时开路电压为1.868V，短路电流密度为11.50mA/cm2，填充因子为61.64％，展现出优异的光电性能；其次，对半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池进行外量子效率(EQE)特性分析，半透明器件的EQE光谱与其活性层吸收光谱非常吻合，在紫外和红外波段具有很强的光谱吸收响应基于CsPbI2Br和PTB7-Th:IEICO-4F的选择性滤光设计的半透明叠层器件的EQE响应在380～550nm波长范围内超过70％，在760～930nm波长范围内超过60％，表明该半透明器件在紫外及红外波段具有良好光子吸收利用；另外，器件在300～800nm的波长范围内具有较为平坦的透射率，这对于实现良好人眼视觉响应的中性色太阳电池至关重要。制备得到的半透明器件的色坐标为(0.36,0.35)，在阳光下透射后展现出中性色良好显色。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种叠层太阳电池及其制备方法进行详细描述，但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
在本发明的下述实施例中，所采用的覆盖有ITO的导电玻璃由深圳华南湘城有限公司提供，材料参数：110nm，方阻10Ωsq-1，透射率≥83％；
在本发明的下述实施例中，所采用的SnO2水胶体分散液由AlfaAesar提供，材料参数：15wt％；
在本发明的下述实施例中，所采用的全无机钙钛矿前驱体光电材料，有机电子给体材料和电子受体材料均由西安宝莱特光电科技公司和Solarmer Materials Inc(Beijing,China)提供。
实施例1
一种半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池，按照以下步骤制备得到：
1)将覆盖有ITO的导电玻璃依次用洗涤剂、超纯水、丙酮、乙醇超声清洗两次，每次超声时间15min，将清洗过的基底用氮气吹干后紫外臭氧(UVO)处理15min；
2)将SnO2的15wt％水胶体分散液用超纯水稀释，稀释体积比例为1:5，搅拌30min至充分分散；然后将其旋涂在覆盖有ITO透明导电基底上，转速为3000rpm，旋涂时间为30s；最后在150℃条件下退火30min，得到的薄膜即为电子传输层，电子传输层的厚度约为20nm；
3)将CsI、PbI2、PbBr2(比例为2:1:1)溶于二甲基亚砜(DMSO)制备全无机钙钛矿前驱体溶液，60℃下搅拌2h；然后将CsPbI2Br前驱体溶液旋涂在SnO2电子传输层上，多步旋涂(1000rpm 5s+5500rpm 30s)；最后将CsPbI2Br薄膜进行阶梯退火，42℃1min后，转移160℃退火10min，得到全无机钙钛矿层，全无机钙钛矿层的厚度为200nm；
4)将PTB7-Th溶解在氯苯中，浓度为8mg/mL，搅拌60min至其充分溶解；然后将PTB7-Th溶液旋涂在全无机钙钛矿层上，转速为4000rpm，旋涂时间为30s；最后在100℃条件下退火10min，得到PTB7-Th空穴传输层，其厚度为30nm；
5)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在PTB7-Th层上蒸镀厚度为8nm的MoO3薄膜，作为空穴传输层；
6)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在空穴传输层上蒸镀厚度为1nm的Ag层，作为电荷复合中心层；
7)将PFN-Br溶解在甲醇中，浓度为0.5mg/mL，搅拌2h至其充分溶解；然后将PFN-Br甲醇溶液旋涂在电荷复合中心层上，转速为3500rpm，旋涂时间为30s；在氮气环境中溶剂退火10min，得到PFN-Br电子传输层，其厚度为30nm；
8)将质量比为1:2的给体材料PTB7-Th和受体材料IEICO-4F混合后溶解在氯仿与1-氯萘(0.5vol％)的混合溶剂中，得到混合液，给受体材料在混合液中的总浓度为24mg/mL；然后在氮气箱中将混合溶液滴涂在PFN-Br电子传输层上，旋涂速度为4500rpm，旋涂时间分别为60s；最后在氮气环境中溶剂退火10min，得到的薄膜即为有机活性层，活性层的厚度约为80nm；
4)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在活性层上蒸镀厚度为8nm的MoO3薄膜，作为空穴传输层；
5)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在空穴传输层上蒸镀厚度为15nm的Ag层，作为金属电极层，致辞得到基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池。
实施例2
一种半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池，按照以下步骤制备得到：
1)将覆盖有ITO的导电玻璃依次用洗涤剂、超纯水、丙酮、乙醇超声清洗两次，每次超声时间15min，将清洗过的基底用氮气吹干后紫外臭氧(UVO)处理15min；
2)将SnO2的15wt％水胶体分散液用超纯水稀释，稀释体积比例为1:5，搅拌30min至充分分散；然后将其旋涂在覆盖有ITO透明导电基底上，转速为3000rpm，旋涂时间为30s；最后在150℃条件下退火30min，得到的薄膜即为电子传输层，电子传输层的厚度约为20nm；
3)将CsI、PbI2、PbBr2(比例为2:1:1)溶于二甲基亚砜(DMSO)制备全无机钙钛矿前驱体溶液，60℃下搅拌2h；然后将CsPbI2Br前驱体溶液旋涂在SnO2电子传输层上，多步旋涂(1000rpm 5s+5500rpm 30s)；最后将CsPbI2Br薄膜进行阶梯退火，42℃1min后，转移160℃退火10min，得到全无机钙钛矿层，全无机钙钛矿层的厚度为200nm；
4)将PTB7-Th溶解在氯苯中，浓度为8mg/mL，搅拌60min至其充分溶解；然后将PTB7-Th溶液旋涂在全无机钙钛矿层上，转速为4000rpm，旋涂时间为30s；最后在100℃条件下退火10min，得到PTB7-Th空穴传输层，其厚度为30nm；
5)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在PTB7-Th层上蒸镀厚度为8nm的MoO3薄膜，作为空穴传输层；
6)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在空穴传输层上蒸镀厚度为1nm的Ag层，作为电荷复合中心层；
7)将PFN-Br溶解在甲醇中，浓度为0.5mg/mL，搅拌2h至其充分溶解；然后将PFN-Br甲醇溶液旋涂在电荷复合中心层上，转速为3500rpm，旋涂时间为30s；在氮气环境中溶剂退火10min，得到PFN-Br电子传输层，其厚度为30nm；
8)将质量比为1:2的给体材料PTB7-Th和受体材料IEICO-4Cl混合后溶解在氯仿与1-氯萘(0.5vol％)的混合溶剂中，得到混合液，给受体材料在混合液中的总浓度为24mg/mL；然后在氮气箱中将混合溶液滴涂在PFN-Br电子传输层上，旋涂速度为4500rpm，旋涂时间分别为60s；最后在氮气环境中溶剂退火10min，得到的薄膜即为有机活性层，活性层的厚度约为80nm；
4)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在活性层上蒸镀厚度为8nm的MoO3薄膜，作为空穴传输层；
5)在4×10-4～1×10-5Pa真空条件下，在空穴传输层上蒸镀厚度为15nm的Ag层，作为金属电极层，致辞得到基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池。
实施例3
(1)对依据图1所示器件结构，实施例1,2制备的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池进行颜色观察，结果如图2所示，图2为本发明提供的实施例1,2制备的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的数码照片图。
通过图2可以看出：在白色蔷薇花衬底上，该太阳电池颜色为接近中性色的浅黄色。
(2)在100mW/cm2的AM1.5G标准太阳光照条件下对实施例1,2制备的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池进行J-V特性分析，结果如图3所示，图3为本发明提供的实施例1,2制备的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的J-V特性曲线图。
通过图3可以看出：实施例1太阳电池在100mW/cm2的模拟太阳光照下，开路电压为1.868V，短路电流密度为11.50mA/cm2，填充因子为61.64％，光电转换效率为13.24％；实施例2太阳电池在100mW/cm2的模拟太阳光照下，开路电压为1.892V，短路电流密度为11.39mA/cm2，填充因子为59.93％，光电转换效率为12.92％。
(3)对实施例1,2制备的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池进行外量子效率(EQE)特性分析，结果如图4所示，图4为本发明提供的实施例1,2制备的半透明全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的外量子效率(EQE)特性曲线图。
通过图4可以看出：半透明器件的EQE光谱与其活性层吸收光谱非常吻合，在紫外和红外波段具有很强的光谱吸收响应；以实施例1为例，基于CsPbI2Br和PTB7-Th:IEICO-4F的选择性滤光设计的半透明叠层器件的外量子效率(EQE)响应在380～550nm波长范围内超过70％，在760～930nm波长范围内超过60％，表明该半透明器件在紫外及红外波段具有良好光子吸收利用，同时具有较低的能量损失，这表明所制备的半透明器件具有良好的平均可见光透射率，进而实现中性色及较高的人眼舒适度，可以提供卓越而稳定的发电、节能和隐私保护性能，并且实现太阳电池在BIPV、幕墙、航空和汽车智能窗等美学应用领域进一步的广泛应用。
参见图5，图5为本发明提供的实施例制备的全无机钙钛矿有机叠层太阳电池的透射光谱和颜色坐标(CIE)图。其中，(a)为透射光谱；(b)为颜色坐标(CIE)。
以上对本发明所提供的一种基于选择性滤光设计的半透明全无机钙钛矿/有机叠层太阳电池及其制备方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，包括最佳方式，并且也使得本领域的任何技术人员都能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和实施任何结合的方法。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，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。本发明专利保护的范围通过权利要求来限定，并可包括本领域技术人员能够想到的其他实施例。如果这些其他实施例具有不是不同于权利要求文字表述的结构要素，或者如果它们包括与权利要求的文字表述无实质差异的等同结构要素，那么这些其他实施例也应包含在权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种叠层太阳电池，其特征在于，包括依次设置的导电基底、电子传输层、全无机钙钛矿层、中间复合层、有机活性层、空穴传输层和金属电极层。
2.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述导电基底包括透明导电基底；
所述电子传输层的材料包括SnO2、TiO2和ZnO一种或多种；
所述电子传输层的厚度为10～40nm；
所述全无机钙钛矿层的材料包括CsPbI3-xBrx；其中x为1～1.5。
3.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述导电基底为覆盖有ITO膜的导电基底；
所述全无机钙钛矿层的厚度为100～250nm；
所述叠层太阳电池包括全无机钙钛矿叠层太阳电池；
所述全无机钙钛矿叠层太阳电池具体为全无机钙钛矿/有机活性层叠层太阳电池。
4.根据权利要求3所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述中间复合层包括钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
所述中间复合层的厚度为40～80nm；
所述有机活性层的材料包括吸收边大于650nm且小于1200nm的有机电子给受体材料组合；
所述给受体材料组合包括给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4F、给体材料PTB7-Th/受体材料IEICO-4Cl和给体材料PM6/受体材料Y6中的一种或多种；
所述有机活性层的厚度为50～100nm。
5.根据权利要求4所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿钝化层的材料包括PTB7-Th、P3HT和Spiro-OMeTAD中的一种或多种；
所述前节空穴传输层的材料包括MoO3；
所述电荷复合中心层的材料包括Au和/或Ag；
所述后节电子传输层的材料包括PFN-Br、TIPD和PFN-OX中的一种或多种；
所述叠层太阳电池为半透明叠层太阳电池；
所述半透明叠层太阳电池为具有选择性滤光功能的半透明叠层太阳电池。
6.根据权利要求1所述的叠层太阳电池，其特征在于，所述空穴传输层的材料包括MoO3；
所述空穴传输层的厚度为6～15nm；
所述金属电极层的材料包括Ag和/或Au；
所述金属电极层的厚度为8～20nm。
7.一种叠层太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)在覆盖有ITO膜的透明导电基底的表面依次叠加设置电子传输层、全无机钙钛矿层；
b)在上述步骤得到的全无机钙钛矿层上制备中间复合层，依次为钙钛矿钝化层、前节空穴传输层、电荷复合中心层和后节电子传输层；
c)在上述步骤得到的中间复合层上依次制备有机体异质结活性层，空穴传输层和金属电极层，得到叠层太阳电池。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)具体包括以下步骤：
a1)在覆盖有ITO膜的透明基底的表面涂覆含有电子传输材料的溶液，退火，形成电子传输层；
a2)在所述电子传输层的表面多步旋涂全无机钙钛矿的前驱体溶液，经过阶梯退火后，形成全无机钙钛矿层；
所述步骤a1)中，所述退火的温度为120～180℃；
所述步骤a1)中，所述退火的时间为10～60min；
所述步骤a2)中，所述阶梯退火的温度依次为30～60℃和120～200℃；
所述步骤a2)中，所述阶梯退火的时间依次为0.5～2min和4～20min。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)具体包括以下步骤：
b1)在所述全无机钙钛矿层的表面涂覆含有聚合物供体材料的溶液，形成钙钛矿钝化层；
b2)在所述钙钛矿钝化层表面蒸镀空穴传输材料后，形成前节空穴传输层；
b3)在所述空穴传输层的表面蒸镀金属材料后，形成电荷复合中心层；
b4)在所述电荷复合中心层的表面涂覆电子传输材料后，形成后节电子传输层；
所述镀的方式包括蒸镀；
所述蒸镀的真空度为4×10-4～1×10-5Pa。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤c)具体包括以下步骤：
c1)在所述后节电子传输层的表面涂覆含有给体材料和受体材料的溶液，再经退火后，形成有机活性层；
c2)在所述有机活性层的表面镀空穴传输材料后，形成空穴传输层；
c3)在所述空穴传输层的表面镀金属电极材料后，形成金属电极层；
所述步骤c1)中，所述溶液中还含有1-氯萘；
所述1-氯萘在溶液中的含量为0.2～2vol％；
所述镀的方式包括蒸镀；
所述蒸镀的真空度为4×10-4～1×10-5Pa。
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