CN114864829B - 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域，克服了现有技术中的钙钛矿薄膜电池晶粒尺寸小，进而导致界面缺陷，阻碍电池光电转换率的缺陷。本发明钙钛矿太阳能电池依次设置有底电极、金属螯合显色剂修饰的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极。本发明可提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。
Description
技术领域
本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
背景技术
有机无机钙钛矿太阳能电池优异的光电性能作为下一代光伏器件，引起了科学研究者们的广泛关注。钙钛矿材料作为太阳能电池光吸收材料不仅具有高效的光吸收能力和载流子迁移率，还具有可调性的带隙使其成为了优异的光伏材料，引起了很大的关注，基于以上的优异的性能，钙钛矿材料可以作为光吸收材料作用于光伏器件中。太阳能光伏产业在光电领域有着广阔的发展前景。作为太阳能发电领域的研究热点，钙钛矿太阳能电池在短短十余年的时间里急剧提高到了25.7%的光电转换效率。
近几年，钙钛矿薄膜制备技术有了长足的进展，钙钛矿薄膜具有制备简单且结晶良好的优势。但是目前仍存在一些问题，譬如钙钛矿吸光层薄膜晶粒尺寸小等问题，这些问题会导致界面缺陷（如钙钛矿薄膜晶粒与晶粒之间、钙钛矿薄膜与相邻功能层的界面之间存在缺陷），界面缺陷对电池的性能有着直接联系，界面缺陷会影响器件中电流的传输以及会产生非辐射复合，最终导致太阳能电池的光电转换效率较低。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的钙钛矿薄膜电池晶粒尺寸小，进而导致界面缺陷，阻碍电池光电转换率的缺陷，从而提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
为此，本发明提供了以下技术方案。
一方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，依次设置有底电极、金属螯合显色剂修饰的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极。
进一步的，所述金属螯合显色剂为氨基黑10B、丽春红S、考马斯亮蓝和红菲绕啉二磺酸盐中的至少一种；和/或
所述底电极材料为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃；和/或
所述顶电极材料为金、银或铜中的一种；和/或
所述顶电极的厚度为80~100 nm。
第二方面，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、在底电极上制备电子传输层；
步骤2、将金属螯合显色剂溶液涂膜到所述电子传输层表面，退火处理，形成金属螯合显色剂修饰的电子传输层；
步骤3、在所述金属螯合显色剂修饰的电子传输层上制备钙钛矿吸光层；
步骤4、在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；
步骤5、在空穴传输层上制备顶电极。
进一步的，所述步骤2中的退火处理时间为5~10 min，温度100±10℃。
进一步的，所述步骤1包括：将氧化锡溶液旋转涂膜到底电极上，退火处理，制得电子传输层；
所述步骤1中的退火温度为140~160℃，退火时间为25~35min。
进一步的，所述步骤3包括：在所述金属螯合显色剂修饰的电子传输层上旋涂卤化铅与碘化铯的混合溶液和钙钛矿前体溶液，退火处理得到钙钛矿吸光层。
进一步的，所述步骤3中，先旋涂卤化铅和碘化铯混合溶液，再旋涂钙钛矿前体溶液，退火处理时间为8~12min，温度为100±10℃。
进一步的，满足条件A-G中的至少一项：
A、所述卤化铅为碘化铅、溴化铅和氯化铅中的至少一种；
B、所述卤化铅和碘化铯混合溶液的溶剂为二甲基甲酰胺、氯苯和二甲基亚砜中的至少一种；
C、所述卤化铅和碘化铯混合溶液的卤化铅和碘化铯的质量比为（5~25）：（0.2~1.0）；
D、所述钙钛矿前体溶液为铵盐混合溶液，所述铵盐包括甲脒碘盐、甲基碘化铵、甲基溴化铵和甲基氯化铵；
所述钙钛矿前体溶液中甲脒碘盐：甲基碘化铵：甲基溴化铵：甲基氯化铵的质量比为（2~8）：（1~4）：（0.25~1.0）：（0.25~1.0）；
E、所述钙钛矿前体溶液的溶剂为异丙醇、氯苯或二甲基亚砜；
F、所述步骤2中，金属螯合显色剂溶液的溶剂为乙醇、异丙醇、氯苯、水中的至少一种；
G、所述步骤2中，金属螯合显色剂溶液的浓度为0.3~2.0mg/ml。
进一步的，所述步骤4包括：在钙钛矿吸光层上旋涂Spiro-OMeTAD溶液，制得空穴传输层。
进一步的，所述步骤5包括：采用真空蒸镀法于空穴传输层上制备顶电极。
钙钛矿前体溶液包括甲脒碘盐（FAI，CH(NH2)2I）、甲基碘化铵（MAI，CH3NH3I）、甲基溴化铵（MABr，CH3NH3Br）和甲基氯化铵（MACl，CH3NH3Cl），溶剂为异丙醇（IPA）、氯苯（CB）或二甲基亚砜（DMSO）。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的钙钛矿太阳能电池，依次设置有底电极、金属螯合显色剂修饰的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极。本发明采用金属螯合显色剂修饰电子传输层，金属螯合显色剂可以填补电子传输层表面的缝隙，提高电子传输层的平整度，从而减少电子传输层与钙钛矿吸光层的界面缺陷。通过修饰界面来调控界面的电荷积累和提高钙钛矿的结晶尺寸，填补电子传输层以及钙钛矿吸光层薄膜之间的深层缺陷，同时桥接钙钛矿界面，并且对界面电荷进行有效的调控，减少器件的迟滞效应，从而提高钙钛矿电池的光电转换效率性能，解决钙钛矿太阳能电池中界面缺陷阻碍性能的问题。
2.本发明提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在底电极上制备电子传输层；步骤2、将金属螯合显色剂溶液涂膜到所述电子传输层表面，退火处理，形成金属螯合显色剂修饰的电子传输层；步骤3、在所述金属螯合显色剂修饰的电子传输层上制备钙钛矿吸光层；步骤4、在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；步骤5、在空穴传输层上制备顶电极。
在制备的电子传输层的表面添加显色剂螯合剂溶液，以获得表面平整的电子传输层。同时，金属螯合显色剂会生成晶簇，会有更多的捕获位点产生，促进形成大晶粒的钙钛矿吸光层。金属螯合显色剂可以吸引电子传输层和钙钛矿吸光层中的金属离子，从而促进晶粒的生成，相比于无金属螯合剂的器件更有利于晶体生长。采用本发明方法制备的钙钛矿太阳能电池，电子传输层的平整度高、钙钛矿吸光层晶粒尺寸大，弥补了钙钛矿太阳能电池界面缺陷较多的问题，器件的光电转换效率显著提高。与对比器件相比，本发明修饰器件的光电转换效率提升了20%以上。
3.本发明提供的钙钛矿太阳能电池的制备方法，步骤3包括：在所述金属螯合显色剂修饰的电子传输层上旋涂卤化铅与碘化铯的混合溶液和钙钛矿前体溶液，退火后处理得到钙钛矿吸光层。
金属螯合显色剂可以生成晶簇，从而获得大晶粒尺寸的卤化铅薄膜，在晶粒相对尺寸较大的卤化铅的薄膜以及有着充分的结晶空间的基础上，卤化铅的薄膜与钙钛矿前体溶液充分的反应，获得大晶粒钙钛矿吸光层。采用本发明方法制备的钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿吸光层平整度高、晶粒大且均匀。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例1与对比例1制备的钙钛矿电池测试所得J-V曲线对比图；
图2是实施例2与对比例2制备的钙钛矿电池测试所得J-V曲线对比图；
图3是实施例3与对比例3制备的钙钛矿电池测试所得J-V曲线对比图；
图4是实施例4与对比例4制备的钙钛矿电池测试所得J-V曲线对比图；
图5是实施例5与对比例5制备的钙钛矿电池测试所得J-V曲线对比图；
图6是实施例6与对比例6制备的钙钛矿电池测试所得J-V曲线对比图；
图7是对比例1制备的钙钛矿薄膜测试所得扫描电镜图；
图8是实施例1制备的钙钛矿薄膜测试所得扫描电镜图；
图9是实施例1-6制备的钙钛矿电池的结构示意图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
实施例和对比例中的原料碘化铅（PbI2，99.99%），甲脒碘盐（FAI），购自西安聚合物光技术公司；15 wt% SnO2胶体溶液（SnO2在H2O胶体分散体中为质量分数15%）购自阿尔法·伊索；Spiro-OMeTAD溶液及FTO导电玻璃购自辽宁优选公司；其余药品其余药品甲基碘化铵（MAI，CH3NH3I）、甲基溴化铵（MABr，CH3NH3Br）和甲基氯化铵（MACl，CH3NH3Cl），异丙醇（IPA）、 N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、二甲基亚砜（DMSO）、氨基黑10B、丽春红S、考马斯亮蓝或红菲绕啉二磺酸盐均购自TCI。所有盐类和溶剂均按接收到的方式使用，无需进一步净化。
实施例1
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）将FTO导电玻璃分别利用肥皂水、去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，然后进行紫外臭氧清洗。
2）将15 wt% SnO2胶体溶液用去离子水稀释得到3.75 wt% SnO2胶体溶液。用胶头滴管吸取配置好的3.75 wt%氧化锡胶体溶液，铺满FTO导电玻璃后以4000 rpm旋涂35s，再在140℃下退火35 min制得电子传输层。将0.5 mg的金属螯合显色剂氨基黑10B溶于1 ml的无水乙醇，用胶头滴管吸取此溶液铺满涂有电子传输层的FTO导电玻璃，以3000rpm旋涂30s后，在100℃下退火10 min。
3）将PbI2（7.50 g）、CsI (0.30g)溶于11400 μL DMF和600 μL DMSO中，在室温下以500 rpm 剧烈搅拌5h，得到碘化铅和碘化铯混合的溶液，将FAI (0.60 g)、MAI (0.30g)、MABr (0.075 g)、和MACl (0.075 g)溶于15 ml IPA中，在室温下以500 rpm剧烈搅拌5h，得钙钛矿前体溶液。用移液枪滴加50 μL碘化铅和碘化铯的混合溶液，调整旋涂仪参数为3000 rpm，30 s；在涂好碘化铅和碘化铯混合溶液的薄膜上用移液枪静态滴加100μL钙钛矿前体溶液，旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s，最后加热退火，温度100℃，时间12 min。
4）在手套箱旋涂Spiro-OMeTAD溶液：在钙钛矿吸光层上滴加50μL Spiro-OMeTAD溶液，旋涂仪参数为3000rpm， 30s。
5）最后，蒸镀银电极：采用真空蒸镀法于钙钛矿吸光层制备顶电极，本实施例中顶电极材料为银，银电极厚度为80 nm。
制得的钙钛矿太阳能电池如图9所示。
实施例2
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）将FTO导电玻璃分别利用肥皂水、去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，然后进行紫外臭氧清洗。
2）将15 wt% SnO2胶体溶液用去离子水稀释得到3.75 wt% SnO2胶体溶液。用胶头滴管吸取配置好的3.75 wt%氧化锡胶体溶液，铺满FTO导电玻璃后以4000 rpm旋涂35s，再在150℃下退火30min制得电子传输层。将0.5 mg的金属螯合显色剂红菲绕啉二磺酸盐溶于1 ml的无水乙醇，用胶头滴管吸取此溶液铺满涂有电子传输层的FTO导电玻璃，以3000rpm旋涂30s后，在100℃下退火10 min。
3）将PbI2（7.50 g）、CsI (0.30g)溶于11400 μL DMF 和600 μL DMSO中，在室温下以500 rpm 剧烈搅拌5h，得到碘化铅和碘化铯混合的溶液，将FAI (0.60 g)、MAI (0.30g)、MABr (0.075 g)、和MACl (0.075 g)溶于15 ml IPA中，在室温下以500 rpm剧烈搅拌5h，得钙钛矿前体溶液。用移液枪滴加50 μL碘化铅和碘化铯的混合溶液，调整旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s；在涂好碘化铅和碘化铯混合溶液的薄膜上用移液枪静态滴加100μL钙钛矿前体溶液，旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s，最后加热退火，温度100 ℃，时间12 min。
4）在手套箱旋涂Spiro-OMeTAD 溶液，在钙钛矿吸光层上滴加50μL Spiro-OMeTAD溶液，仪器参数为3000rpm， 30s。
5）最后，蒸镀银电极。采用真空蒸镀法于钙钛矿吸光层制备顶电极。所述顶电极材料为银，所述方案中银电极厚度为80 nm。
制得的钙钛矿太阳能电池如图9所示。
实施例3
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）将FTO导电玻璃分别利用肥皂水、去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，然后进行紫外臭氧清洗。
2）将15 wt% SnO2胶体溶液用去离子水稀释得到3.75 wt% SnO2胶体溶液。用胶头滴管吸取配置好的3.75 wt%氧化锡胶体溶液，铺满FTO导电玻璃后以4000 rpm旋涂35s，再在160℃下退火35min制得电子传输层。将0.5 mg的金属螯合显色剂氨基黑10B溶于1 ml的无水乙醇，用胶头滴管吸取此溶液铺满涂有电子传输层的FTO导电玻璃，以3000rpm旋涂30s后，在100℃下退火10 min。
3）将PbI2（7.20 g）、CsI (0.40g)溶于11400 μL DMF 和600 μL DMSO中，在室温下以500 rpm 剧烈搅拌5h，得到碘化铅和碘化铯混合的溶液，将FAI (0.50 g)、MAI (0.20g)、MABr (0.06 g)、和MACl (0.06 g)溶于15 ml IPA中，在室温下以500 rpm剧烈搅拌5h，得钙钛矿前体溶液。用移液枪滴加50 μL碘化铅和碘化铯的混合溶液，调整旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s；在涂好碘化铅和碘化铯混合溶液的薄膜上用移液枪静态滴加100μL钙钛矿前体溶液，旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s，最后加热退火，温度100℃，时间12 min。
4）在手套箱旋涂Spiro-OMeTAD 溶液，在钙钛矿吸光层上滴加50μL Spiro-OMeTAD溶液，仪器参数为3000rpm， 30s。
5）最后，蒸镀银电极。采用真空蒸镀法于钙钛矿吸光层制备顶电极。所述顶电极材料为银，所述方案中银电极厚度为90 nm。
制得的钙钛矿太阳能电池如图9所示。
实施例4
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）将FTO导电玻璃分别利用肥皂水、去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，然后进行紫外臭氧清洗。
2）将15 wt% SnO2胶体溶液用去离子水稀释得到3.75 wt% SnO2胶体溶液。用胶头滴管吸取配置好的3.75 wt%氧化锡胶体溶液，铺满FTO导电玻璃后以4000 rpm旋涂35s，再在140℃下退火35 min制得电子传输层。将1.0mg的金属螯合显色剂氨基黑10B溶于1 ml的去离子水，用胶头滴管吸取此溶液铺满涂有电子传输层的FTO导电玻璃，以3000rpm旋涂30s后，在110 ℃下退火8 min。
3）将PbI2（8 g）、CsI (0.20g)溶于11400 μL DMF 和600 μL DMSO中，在室温下以500 rpm 剧烈搅拌5h，得到碘化铅和碘化铯混合的溶液，将FAI (0.70 g)、MAI (0.40 g)、MABr (0.09 g)、和MACl (0.09 g)溶于15 ml IPA中，在室温下以500 rpm剧烈搅拌5h，得钙钛矿前体溶液。用移液枪滴加50 μL碘化铅和碘化铯的混合溶液，调整旋涂仪参数为3000rpm， 30 s；在涂好碘化铅和碘化铯混合溶液的薄膜上用移液枪静态滴加100μL钙钛矿前体溶液，旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s，最后加热退火，温度110℃，时间8 min。
4）在手套箱旋涂Spiro-OMeTAD 溶液，在钙钛矿吸光层上滴加50μL Spiro-OMeTAD溶液，仪器参数为3000rpm， 30s。
5）最后，蒸镀银电极。采用真空蒸镀法于钙钛矿吸光层制备顶电极。所述顶电极材料为金，所述方案中金电极厚度为100 nm。
制得的钙钛矿太阳能电池如图9所示。
实施例5
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）将ITO导电玻璃分别利用肥皂水、去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，然后进行紫外臭氧清洗。
2）将15 wt% SnO2胶体溶液用去离子水稀释得到3.75 wt% SnO2胶体溶液。用胶头滴管吸取配置好的3.75 wt%氧化锡胶体溶液，铺满ITO导电玻璃后以4000 rpm旋涂35s，再在150℃下退火30min制得电子传输层。将0.5 mg的金属螯合显色剂丽春红S溶于1 ml的异丙醇，用胶头滴管吸取此溶液铺满涂有电子传输层的ITO导电玻璃，以3000rpm旋涂30s后，在110 ℃下退火8 min。
3）将PbBr2（7.50 g）、CsI (0.30g)溶于11400 μL 氯苯和600 μL DMSO中，在室温下以500 rpm 剧烈搅拌5h，得到溴化铅和碘化铯混合的溶液，将FAI (0.60 g)、MAI (0.30g)、MABr (0.075 g)、和MACl (0.075 g)溶于15 ml DMSO中，在室温下以500 rpm剧烈搅拌5h，得钙钛矿前体溶液。用移液枪滴加50 μL溴化铅和碘化铯的混合溶液，调整旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s；在涂好溴化铅和碘化铯混合溶液的薄膜上用移液枪静态滴加100μL钙钛矿前体溶液，旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s，最后加热退火，温度110 ℃，时间8 min。
4）在手套箱旋涂Spiro-OMeTAD 溶液，在钙钛矿吸光层上滴加50μL Spiro-OMeTAD溶液，仪器参数为3000rpm， 30s。
5）最后，蒸镀金电极。采用真空蒸镀法于钙钛矿吸光层制备顶电极。所述顶电极材料为金，所述方案中金电极厚度为80 nm。
制得的钙钛矿太阳能电池如图9所示。
实施例6
本实施例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：
1）将FTO导电玻璃分别利用肥皂水、去离子水、无水乙醇、丙酮超声清洗，然后进行紫外臭氧清洗。
2）将15 wt% SnO2胶体溶液用去离子水稀释得到3.75 wt% SnO2胶体溶液。用胶头滴管吸取配置好的3.75 wt%氧化锡胶体溶液，铺满FTO导电玻璃后以4000 rpm旋涂35s，再在160 ℃下退火25 min制得电子传输层。将0.75 mg的金属螯合显色剂考马斯亮蓝溶于1ml的氯苯，用胶头滴管吸取此溶液铺满涂有电子传输层的FTO导电玻璃，以3000rpm旋涂30s后，在110℃下退火8 min。
3）将PbCl2（7.50 g）、CsI (0.30g)溶于11400 μL DMF 和600 μL DMSO中，在室温下以500 rpm 剧烈搅拌5h，得到氯化铅和碘化铯混合的溶液，将FAI (0.60 g)、MAI (0.30g)、MABr (0.075 g)、和MACl (0.075 g)溶于15 ml IPA中，在室温下以500 rpm剧烈搅拌5h，得钙钛矿前体溶液。用移液枪滴加50 μL氯化铅和碘化铯的混合溶液，调整旋涂仪参数为3000 rpm， 30 s；在涂好氯化铅和碘化铯混合溶液的薄膜上用移液枪静态滴加100μL钙钛矿前体溶液，旋涂仪参数为3000 rpm 30 s，最后加热退火，温度110 ℃，时间8 min。
4）在手套箱旋涂Spiro-OMeTAD 溶液，在钙钛矿薄膜上滴加50μL Spiro-OMeTAD溶液，仪器参数为3000rpm， 30s。
5）最后，蒸镀铜电极。采用真空蒸镀法于钙钛矿薄膜制备顶电极。所述顶电极材料为铜，所述方案中铜电极厚度为80 nm。
制得的钙钛矿太阳能电池如图9所示。
对比例1
本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例1基本相同，不同之处在于未采用金属螯合显色剂对电子传输层进行修饰，其余步骤与实施例1相同。
对比例2
本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例2基本相同，不同之处在于未采用金属螯合显色剂对电子传输层进行修饰，其余步骤与实施例2相同。
对比例3
本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例3基本相同，不同之处在于未采用金属螯合显色剂对电子传输层进行修饰，其余步骤与实施例3相同。
对比例4
本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例4基本相同，不同之处在于未采用金属螯合显色剂对电子传输层进行修饰，其余步骤与实施例4相同。
对比例5
本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例5基本相同，不同之处在于未采用金属螯合显色剂对电子传输层进行修饰，其余步骤与实施例5相同。
对比例6
本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池的制备方法，与实施例6基本相同，不同之处在于未采用金属螯合显色剂对电子传输层进行修饰，其余步骤与实施例6相同。
试验例
1）光电转换效率测试：
对实施例1-6和对比例1-6制备的钙钛矿太阳能电池进行光电转换效率测试，测试方法为：电化学工作站测试电池转换效率。使用NIM校准的标准硅太阳能电池将光强校准到AM1.5G一个太阳（100 mW/cm2）。使用金属掩模将实施例和对比例制备的太阳能电池器件的有效有源面积定义为0.09 cm2。J-V 曲线在1.2 V 至-0.1 V范围内以 100 mV/s 的扫描速率测量。
J-V 曲线如图1-图6所示，太阳能电池的光电转换效率为曲线上的点形成的矩形的最大面积，太阳能电池的光电转换效率如表1所示。光电转换效率提高率=（实施例的光电转换效率-相应对比例的光电转换效率）/相应对比例光电转换效率。
表1 太阳能电池的光电转换效率
| 光电转换效率（%） | 光电转换效率提高率 | |
| 对比例1 | 13.80% | |
| 实施例1 | 19.67% | 43% |
| 对比例2 | 14.68% | |
| 实施例2 | 17.57% | 20% |
| 对比例3 | 15.21% | |
| 实施例3 | 19.02% | 25 % |
| 对比例4 | 13.10% | |
| 实施例4 | 17.39% | 33 % |
| 对比例5 | 13.69% | |
| 实施例5 | 18.53% | 35 % |
| 对比例6 | 15.02% | |
| 实施例6 | 18.34% | 22 % |
由表1可知，本发明制得的钙钛矿太阳能电池的转化效率相较于对比例太阳能电池提高了20%以上。
2）钙钛矿吸光层的晶粒尺寸测量
用扫描电子显微镜（JSM-7800F，日本）获得扫描电子显微镜（SEM）图像。测试结果如图7、图8所示，晶粒尺寸如表2所示。
表2晶粒尺寸
| 晶粒尺寸 | |
| 对比例1 | 0.53 μm |
| 实施例1 | 1.01 μm |
由表2和图7、图8可知，本发明制得的钙钛矿太阳能电池的钙钛矿吸光层的晶粒尺寸相较于对比例太阳能电池明显增大，孔隙减少，缺陷减少。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，依次设置有底电极、金属螯合显色剂修饰的电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极；
所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、在底电极上制备电子传输层；
步骤2、将金属螯合显色剂溶液涂膜到所述电子传输层表面，退火处理，形成金属螯合显色剂修饰的电子传输层；
步骤3、在所述金属螯合显色剂修饰的电子传输层上制备钙钛矿吸光层；
步骤4、在钙钛矿吸光层上制备空穴传输层；
步骤5、在空穴传输层上制备顶电极。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属螯合显色剂为氨基黑10B、丽春红S、考马斯亮蓝和红菲绕啉二磺酸盐中的至少一种；和/或
所述底电极材料为FTO导电玻璃或ITO导电玻璃；和/或
所述顶电极材料为金、银或铜中的一种；和/或
所述顶电极的厚度为80~100 nm。
3.一种权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤2中的退火处理时间为5~10 min，温度100±10℃。
4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤1包括：将氧化锡溶液旋转涂膜到底电极上，退火处理，制得电子传输层；
所述步骤1中的退火温度为140~160℃，退火时间为25~35min。
5.根据权利要求3或4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3包括：在所述金属螯合显色剂修饰的电子传输层上旋涂卤化铅与碘化铯的混合溶液和钙钛矿前体溶液，退火处理得到钙钛矿吸光层。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，先旋涂卤化铅和碘化铯混合溶液，再旋涂钙钛矿前体溶液，退火处理时间为8~12min，温度为100±10℃。
7.根据权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，满足条件A-G中的至少一项：
A、所述卤化铅为碘化铅、溴化铅和氯化铅中的至少一种；
B、所述卤化铅和碘化铯混合溶液的溶剂为二甲基甲酰胺、氯苯和二甲基亚砜中的至少一种；
C、所述卤化铅和碘化铯混合溶液的卤化铅和碘化铯的质量比为（5~25）：（0.2~1.0）；
D、所述钙钛矿前体溶液为铵盐混合溶液，所述铵盐包括甲脒碘盐、甲基碘化铵、甲基溴化铵和甲基氯化铵；
所述钙钛矿前体溶液中甲脒碘盐：甲基碘化铵：甲基溴化铵：甲基氯化铵的质量比为（2~8）：（1~4）：（0.25~1.0）：（0.25~1.0）；
E、所述钙钛矿前体溶液的溶剂为异丙醇、氯苯或二甲基亚砜；
F、所述步骤2中，金属螯合显色剂溶液的溶剂为乙醇、异丙醇、氯苯、水中的至少一种；
G、所述步骤2中，金属螯合显色剂溶液的浓度为0.3~2.0mg/ml。
8.根据权利要求3或4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤4包括：在钙钛矿吸光层上旋涂Spiro-OMeTAD溶液，制得空穴传输层。
9.根据权利要求3或4所述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述步骤5包括：采用真空蒸镀法于空穴传输层上制备顶电极。
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