CN115955848A - 钙钛矿电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种钙钛矿电池，钙钛矿电池的电子传输层和钙钛矿吸光层之间设有插入层，其中，插入层含有n型半导体材料，n型半导体材料的霍尔效应测试结果为n型。在钙钛矿电池中，插入层含有霍尔效应测试结果为n型的n型半导体材料，能有效抑制钙钛矿吸光层的离子迁移，从而能提高钙钛矿电池的稳定性，钙钛矿电池的光电转换效率损失速度降低，从而使得钙钛矿电池的寿命增加。
Description
技术领域
本申请涉及太阳能电池技术领域，具体而言，涉及钙钛矿电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备。
背景技术
目前的一些钙钛矿太阳能电池存在稳定性不佳的问题，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率损失速度快，使得钙钛矿太阳能电池的寿命受损，严重地阻碍了钙钛矿太阳能电池存的产业化道路。
发明内容
鉴于上述问题，本申请提供一种钙钛矿电池、光伏组件、光伏发电系统及用电设备，能改善钙钛矿电池的稳定性，从而使得钙钛矿电池的寿命增加。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种钙钛矿电池，电子传输层和钙钛矿吸光层之间设有插入层，其中，插入层含有n型半导体材料，n型半导体材料的霍尔效应测试结果为n型。
本申请实施例的技术方案中，在电子传输层和钙钛矿吸光层之间增加插入层，插入层含有霍尔效应测试结果为n型的n型半导体材料，能有效抑制钙钛矿吸光层的离子迁移，从而能提高钙钛矿电池的稳定性，钙钛矿电池的光电转换效率损失速度降低，从而使得钙钛矿电池的寿命增加。而且，n型半导体材料可以改善钙钛矿层与电子传输层之间的载流子传输，有利于钙钛矿电池保持较高的光电转换初始效率。
在一些实施例中，n型半导体材料的化学式为AxBy，A选自铅、锡、钛、铟、锌、镓、铝、硅、钽、锗和锆中的一种或多种，B选自氧、硫、氮、碳和磷中的一种或多种，x＞0，y＞0。该实施例中，选择特定化学式种类的n型半导体材料，材料本身性质稳定，而且，在有效提高钙钛矿电池的稳定性的同时，有利于保持较高的光电转换初始效率。
在一些实施例中，A为铅，B为氧或硫。该实施例中，进一步选择特定化学式种类的n型半导体材料，能够更好地兼顾提高钙钛矿电池的稳定性及保持较高的光电转换初始效率。
在一些实施例中，n型半导体材料需满足以下条件(a1)～(a3)中的所有条件：(a1)迁移率为0.1cm2/vs～1000cm2/vs；(a2)载流子浓度为1015cm-3～1021cm-3；(a3)电阻率为10-6Ωcm～103Ωcm。该实施例中，n型半导体材料按照特定标准控制迁移率、载流子浓度和电阻率，使得钙钛矿电池在增加插入层的基础上填充因子有一定提升，从而在开压有略微损失的情况下可以保证效率变化不大，但是可明显提升稳定性。其中选取了超出范围的两种材料，氧化锌和氧化钛进行对比，虽然稳定性有提升，但填充因子没有提升，甚至严重下降，致使效率降低严重。
在一些实施例中，插入层的厚度为1nm～10nm。该实施例中，控制插入层具有合适的厚度，避免插入层的厚度较小而不能较好地发挥提高钙钛矿电池稳定性的效果，同时避免插入层的厚度过大而抑制载流子的传输使得钙钛矿电池的光电转换初始效率受损。
在一些实施例中，插入层的厚度为1nm～5nm或者5nm～10nm。该实施例中，控制控制插入层的厚度为1nm～5nm时，在提高钙钛矿电池的稳定性的同时，使得钙钛矿电池能够保持更高的光电转换初始效率；控制控制插入层的厚度为5nm～10nm时，在保持一定的光电转换初始效率的同时，能更好地提高钙钛矿电池的稳定性。
在一些实施例中，插入层的厚度与钙钛矿吸光层的厚度之比为0.1～1：100。该实施例中，控制和钙钛矿吸光层之间的厚度具有合适的比例，避免插入层的厚度相对较小或较大而使钙钛矿电池稳定性和光电转换初始效率受损。
在一些实施例中，n型半导体材料在插入层中的含量≥90wt％。该实施例中，插入层主要由n型半导体材料组成，使得插入层能够较好地发挥提高钙钛矿电池的稳定性的效果。
在一些实施例中，钙钛矿电池包括依次设置的透明基底层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、插入层、电子传输层以及电极层。该实施例中，透明基底层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、插入层、电子传输层以及电极层具有合适的排列顺序，方便各层结构的形成，使得工艺便捷。
第二方面，本申请提供一种光伏组件，包括如上述实施例的钙钛矿电池。
第三方面，本申请提供一种光伏发电系统，包括若干个电性连接的如上述实施例的光伏组件。
第四方面，本申请提供一种用电设备，括若干个电性连接的如上述实施例的光伏组件。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本申请的具体实施方式。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的第一种钙钛矿电池的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的第二种钙钛矿电池的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种光伏组件的结构示意图；
图4为本申请提供的一些钙钛矿电池的光电转换效率性能检测图。
图标：
1000-光伏组件；
1100-电池串；1200-正面玻璃；1300-正面封装胶膜；1400-背面封装胶膜；1500-背面玻璃；
100-钙钛矿电池；
110-透明基底层；120-电子传输层；130-插入层；140-钙钛矿吸光层；150-空穴传输层；160-电极层。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本申请的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本申请的保护范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
在本申请实施例的描述中，技术术语“厚度”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的高度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体高度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。
太阳能电池作为绿色能源电池，目前，从市场形势的发展来看，太阳能电池的应用越加广泛。其中，太阳能电池不仅被应用于太阳能电站等光伏发电系统，而且还逐渐被应用于电动汽车等用电设备。随着太阳能电池应用领域的不断扩大，其市场的需求量也在不断地扩增。
钙钛矿太阳能电池由于具有光电转换效率高、发电成本低等优势，成为了近几年研究和应用较为广泛的太阳能电池。钙钛矿太阳能电池中，吸光层主要由钙钛矿材料组成，在接受太阳光照射时，钙钛矿层首先吸收光子产生电子-空穴对(激子)，在p-n结电场的作用下，激子首先被分离成为电子与空穴并分别向阴极和阳极输运，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路就形成电流。
但是，目前的钙钛矿太阳能电池中，钙钛矿吸光层稳定性不佳，使得钙钛矿太阳能电池整体存在稳定性不佳的问题，导致钙钛矿太阳能电池在使用过程中光电转换效率损失速度快，进而导致钙钛矿太阳能电池的寿命受损。
为了改善上述问题，在目前的一些设计中，发现钙钛矿吸光层在制备过程中会残存碘化铅导致其水热稳定性不佳，通过旋涂或浸泡法在钙钛矿吸光层表面引入相应有机盐配体，用于与钙钛矿吸光层中残存的碘化铅原位反应生成一层致密的水热稳定性的钝化层材料。但是，由于在钙钛矿吸光层制备过程中残存碘化铅的位置不确定，致使后续旋涂或浸泡相应有机配体盐时可能只能与表面残存的进行反应，很难保证完整的钝化层的形成，使得钝化层形式的改进效果有限。在申请在对比例中也选用了此方法进行稳定性追踪，发现效果确实不明显。
而申请人注意到，目前的钙钛矿太阳能电池在使用中，钙钛矿吸光层在光照条件下发生离子迁移是钙钛矿吸光层及钙钛矿太阳能电池的稳定性降低的主要原因。具体的，离子的迁移会使得钙钛矿吸光层结构发生崩塌，同时迁移的离子向电极端转移会进一步生成AgI等致使电极层的损坏，导致器件稳定性降低，从而导致钙钛矿太阳能电池在使用过程中光电转换效率损失速度快，进而导致钙钛矿太阳能电池的寿命受损。
基于此，申请人经过进一步深入研究发现，通过在电子传输层和钙钛矿吸光层之间增加一层霍尔效应测试结果为n型半导体材料层(即n型半导体材料)，能够有效抑制钙钛矿吸光层的离子迁移，从而能提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率损失速度降低，从而使得钙钛矿太阳能电池的寿命增加。而且，n型半导体材料可以改善钙钛矿层与电子传输层之间的载流子传输，有利于太阳能电池保持较高的光电转换初始效率。
以下，将结合实施例对本申请的技术方案进行示例性的说明。
参见图1和图2，第一方面，本申请提供一种钙钛矿电池100，电子传输层120和钙钛矿吸光层140之间设有插入层130，其中，插入层130含有n型半导体材料，n型半导体材料的霍尔效应测试结果为n型。
钙钛矿电池100即钙钛矿太阳能电池，其通常包括透明基底层110、空穴传输层150、钙钛矿吸光层140、电子传输层120以及电极层160等功能层。
本申请实施例提供的钙钛矿电池100，除了在电子传输层120和钙钛矿吸光层140之间增设插入层130，各功能层的排列顺序也可以根据需要进行选择或设计。
参见图1，作为一种示例，透明基底层110、电子传输层120、插入层130、钙钛矿吸光层140、空穴传输层150以及电极层160依次设置；参见图2，作为另一种示例，透明基底层110、空穴传输层150、钙钛矿吸光层140、插入层130、电子传输层120以及电极层160依次设置。
本申请实施例提供的钙钛矿电池100，除了增设的插入层130，其他功能层的规格和材料种类可以根据需要进行选择或设计。
透明基底层110的种类例如但不限于为FTO(掺杂氟的SnO2透明导电玻璃)、ITO(氧化铟锡透明导电玻璃)、AZO(铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃)、BZO(苯二氮卓透明导电玻璃)、IZO(氧化铟锌透明导电玻璃)等。
电子传输层120中的电荷传输层材料例如为以下材料、其衍生物及其经掺杂或钝化所得的材料中的至少一种：[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PC61BM)、[6,6]-苯基C71丁酸甲酯(PC71BM)、富勒烯C60、富勒烯C70、二氧化锡、氧化锌等。
钙钛矿吸光层140中钙钛矿材料的化学式满足MNX3或M2OPX6,M为无机、有机或有机无机混合阳离子，N为无机、有机或有机无机混合阳离子，O为无机、有机或有机无机混合阳离子，P为无机、有机或有机无机混合阳离子，X为无机、有机或有机无机混合阴离子。作为示例，M选自CH3NH3 +(简写为MA+)、CH(NH2)2+(简写为FA+)、Li+、Na+、K+、Rb+和Cs+中的至少一种；可选地，M选自CH3NH3 +、CH(NH2)2+和Cs+中的至少一种。作为示例，N选自Pb2+、Sn2+、Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+、Zn2+、Ge2+、Fe2+、Co2+和Ni2+中的至少一种；可选地，N选自Pb2+、Sn2+中的一种或两种。作为示例，X选自F-、Cl-、Br-和I-中的至少一种；可选地，X选自Cl-、Br-和I-中的至少一种。
可选地，钙钛矿材料包括但不限于CH3NH3PbI3(简写为MAPbI3)、CH(NH2)2PbI3(简写为FAPbI3)、Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3(简写为CsFAMA)、CsPbI3、CsPbI2Br、CsPbIBr2中的至少一种，同时，钙钛矿吸光层140的带隙在1.20eV～2.30eV，带隙测量方法例如包括：通过紫外吸收光谱测试获得紫外吸收曲线，然后通过Tauc方程进行计算得到钙钛矿带隙。钙钛矿吸光层140的厚度在400nm～1000nm之间，例如但不限于为400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm和1000nm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值；其中，钙钛矿吸光层140的厚度是指钙钛矿吸光层140在钙钛矿电池100的厚度方向上的尺寸，该钙钛矿电池100的厚度方向也是指各功能层依次层叠设置的方向。
空穴传输层150中的传输材料例如为以下材料、其衍生物及其经掺杂或钝化所得的材料中的至少一种：聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)、聚-3已基噻吩(P3HT)、三蝶烯为核的三苯胺(H101)、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺(EDOT-OMeTPA)、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴(CzPAF-SBF)、聚(3,4-乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺)(PEDOT:PSS)、聚噻吩，氧化镍(NiOx)、氧化钼(MoO3)、碘化亚铜(CuI)、氧化亚铜(CuO)等。
电极层160为有机、无机或有机无机混合的导电材料，包括但不限于以下材料中的至少一种：Ag、Cu、C、Au、Al、ITO、AZO、BZO、IZO等。
n型半导体材料是指霍尔效应测试结果为n型的半导体材料，也就是说其霍尔系数为负值。
本申请中，霍尔效应的测试方法可以采用本领域公知的测试方法。作为示例，测试方法包括：将样品切割成预设尺寸大小的矩形，然后将样品的四个角连接到样品板形成欧姆接触，然后采用霍尔测试系统按照一定的预热、电流输入的测量。
本申请实施例的技术方案中，在电子传输层120和钙钛矿吸光层140之间增加插入层130，插入层130含有霍尔效应测试结果为n型的n型半导体材料，能有效抑制钙钛矿吸光层140的离子迁移，从而能提高钙钛矿电池100的稳定性，钙钛矿电池100的光电转换效率损失速度降低，从而使得钙钛矿电池100的寿命增加。而且，n型半导体材料可以改善钙钛矿层与电子传输层120之间的载流子传输，有利于钙钛矿电池100保持较高的光电转换初始效率。
在一些实施例中，n型半导体材料的化学式为AxBy，A选自铅、锡、钛、铟、锌、镓、铝、硅、钽、锗和锆中的一种或多种，B选自氧、硫、氮、碳和磷中的一种或多种，x＞0，y＞0。
该实施例中，选择特定化学式种类的n型半导体材料，材料本身性质稳定，而且，在有效提高钙钛矿电池100的稳定性的同时，有利于保持较高的光电转换初始效率。
在一些实施例中，A为铅，B为氧或硫。
该实施例中，进一步选择特定化学式种类的n型半导体材料，能够更好地兼顾提高钙钛矿电池100的稳定性及保持较高的光电转换初始效率。
在一些实施例中，n型半导体材料还满足以下条件中的至少一项：迁移率为0.1cm2/vs～1000cm2/vs，载流子浓度为1015cm-3～1021cm-3，电阻率为10-6Ωcm～103Ωcm。
作为示例，迁移率例如但不限于为0.1cm2/vs、1cm2/vs、10cm2/vs、100cm2/v和1000cm2/vs中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值；载流子浓度例如但不限于为1015cm-3、1016cm-3、1017cm-3、1018cm-3、1019cm-3、1020cm-3和1021cm-3中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值；电阻率为10-6Ωcm、10-5Ωcm、10-4Ωcm、10-3Ωcm、10-2Ωcm、10-1Ωcm、1Ωcm、10Ωcm、102Ωcm和103Ωcm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
该实施例中，n型半导体材料按照特定标准控制迁移率、载流子浓度和电阻率，使得钙钛矿电池在增加插入层的基础上填充因子有一定提升，从而在开压有略微损失的情况下可以保证效率变化不大，但是可明显提升稳定性。
在一些实施例中，插入层130的厚度为1nm～10nm。
插入层130的厚度是指插入层130在钙钛矿电池100的厚度方向上的尺寸。
作为示例，插入层130的厚度例如但不限于为1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm和10nm中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
该实施例中，控制插入层130具有合适的厚度，避免插入层130的厚度较小而不能较好地发挥提高钙钛矿电池100稳定性的效果，同时避免插入层130的厚度过大而抑制载流子的传输使得钙钛矿电池100的光电转换初始效率受损。
在一些实施例中，插入层130的厚度为1nm～5nm或者5nm～10nm。
该实施例中，控制控制插入层130的厚度为1nm～5nm时，在提高钙钛矿电池100的稳定性的同时，使得钙钛矿电池100能够保持更高的光电转换初始效率；控制控制插入层130的厚度为5nm～10nm时，在保持较高的光电转换初始效率的同时，能更好地提高钙钛矿电池100的稳定性。
在一些实施例中，插入层130的厚度与钙钛矿吸光层140的厚度之比为0.1～1：100。
作为示例，插入层130的厚度与钙钛矿吸光层140的厚度之比例如但不限于为0.1：100、0.2：100、0.3：100、0.4：100、0.5：100、0.6：100、0.7：100、0.8：100、0.9：100和1：100中的任意一者点值或者任意两者之间的范围值。
该实施例中，控制和钙钛矿吸光层140之间的厚度具有合适的比例，避免插入层130的厚度相对较小或较大而使钙钛矿电池100稳定性和光电转换初始效率受损。
在一些实施例中，n型半导体材料在插入层130中的含量≥90wt％。
插入层130中主要为n型半导体材料，其也可以含有少量的其余成分，例如其他未完全反应的原料、或者按需要增加的添加剂等。
该实施例中，插入层130主要由n型半导体材料组成，使得插入层130能够较好地发挥提高钙钛矿电池100的稳定性的效果。
参见图2，在一些实施例中，钙钛矿电池100包括依次设置的透明基底层110、空穴传输层150、钙钛矿吸光层140、插入层130、电子传输层120以及电极层160。
其中，透明基底层110、空穴传输层150、钙钛矿吸光层140、插入层130、电子传输层120以及电极层160沿钙钛矿电池100的厚度方向依次层叠设置。
基于上述实施方式，钙钛矿电池100的制备过程示例性地包括：
步骤1：刻蚀并清洗透明基底层110，吹干备用；
步骤2：在透明基底层110上制备空穴传输层150，备用；
步骤3：在空穴传输层150上制备钙钛矿吸光层140，备用；
步骤4：在钙钛矿吸光层140上制备插入层130，备用；
步骤5：在插入层130上制备电子传输层120，备用；
步骤6：在电子传输层120上制备电极层160，清边测试。
其中，插入层130形成在钙钛矿吸光层140表面，形成方便。插入层130的形成方式不限，例如但不限于为化学反应原位合成法、蒸镀法、溅射法等。
作为示例，插入层130采用化学反应原位合成法形成，即将插入层130的原料在空穴传输层150表面进行原位化学合成反应；可选地，基于n型半导体材料的化学式为AxBy，A源选自羧酸盐，如羧酸A、含杂环类羧酸盐(如吡啶类羧酸A、哌嗪羧酸A、吡咯烷羧酸A等)，B源选自硅氧烷或硅硫烷类化合物。
基于上述选择的原位化学合成反应，方便在低温条件下借助化学反应原位获得稳定的插入层130，插入层130的厚度可通过浓度、转速等进行调节，且耗时较短。
该实施例中，透明基底层110、空穴传输层150、钙钛矿吸光层140、插入层130、电子传输层120以及电极层160具有合适的排列顺序，方便各层结构的形成，使得工艺便捷。
在本申请一些示例性的方式方案中，钙钛矿电池100括依次设置的透明基底层110、空穴传输层150、钙钛矿吸光层140、插入层130、电子传输层120以及电极层160。其中，插入层130含有n型半导体材料，n型半导体材料的化学式为AxBy，A为铅，B为氧或硫。同时，插入层130的厚度为1nm～10nm，且插入层130的厚度与钙钛矿吸光层140的厚度之比为0.1～1：100。
参见图3，第二方面，本申请提供一种光伏组件1000，包括如上述实施例的钙钛矿电池100。
光伏组件1000指太阳电池组件，即包括多个钙钛矿电池100的整体组件。其中，包括若干个电池串1100，每个电池串1100包括通过焊带等连接器进行串联的多个钙钛矿电池100。
在光伏组件1000中，除了电池串1100之外，还包括正面玻璃1200、正面封装胶膜1300、背面封装胶膜1400、背面玻璃1500等，作为示例，光伏组件1000包括沿厚度方向依次层叠分布的正面玻璃1200、正面封装胶膜1300、电池串1100、背面封装胶膜1400以及背面玻璃1500。
第三方面，本申请提供一种光伏发电系统，包括若干个电性连接的如上述实施例的光伏组件1000。
若干个是指一个、两个及以上整数个的数量。
光伏发电系统是指利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换成电能的发电系统，分为独立光伏发电系统(Stand-alone PV System)和并网光伏发电系统(Grid-connectedPV System)，独立光伏发电系统由光伏组件1000组成的太阳能光伏阵列、蓄电池组、充电控制器、电力电子变换器(逆变器)、负载等组成，并网光伏发电系统由光伏阵列、高频DC/DC升压电路、电力电子变换器(逆变器)和系统监控部分组成。
第四方面，本申请提供一种用电设备，括若干个电性连接的如上述实施例的光伏组件1000。
用电设备可以为多种形式，例如为电动汽车、轮船、航天器、太阳能热水器、太阳能等。
用电设备的供电方式可以是光伏组件1000单一供电，也可以是光伏组件1000和储能电池配合供电，即用电设备同时安装有光伏组件1000和储能电池。储能电池不限于一次电池和二次电池，例如但不限于为锂离子二次电池、钠离子二次电池等。
下面列举了一些具体实施例以更好地对本申请进行说明。
一、制备钙钛矿电池
(1)取20片规格为2.0cm*2.0cm的ITO导电玻璃作为透明基底层，两端通过激光刻蚀各去掉0.35cm的ITO，裸露出玻璃基底；用水、丙酮、异丙醇依次超声清洗刻蚀后的ITO导电玻璃数次；ITO导电玻璃在氮气枪下吹干溶剂，放入紫外臭氧机中进一步清洗，备用。
(2)在紫外臭氧处理后的ITO基片上以5000rpm/s的转速旋涂2mg/mL的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)，在100℃热台上退火处理10分钟，形成有机空穴传输层，备用。
(3)在空穴传输层上以1000为加速度、5000rpm/s转速旋涂钙钛矿前驱液，100℃下退火30min，冷却至室温，形成钙钛矿吸光层，备用；其中，钙钛矿吸收层活性物质为Cs0.05(FA0.83MA0.17)0.95Pb(I0.83Br0.17)3(CsFAMA)体系。
(4)在钙钛矿吸光层上以化合反应法原为制备氧化铅层，首先制备1mg/mL的吡啶-2-羧酸铅(溶剂为三氟乙醇)，以4000rpm的转速旋涂于钙钛矿薄膜上，后在其上以转速4000rpm的转速旋涂3mg/ml的六甲基二硅氧烷(溶剂为氯苯)，在湿度为30％～40％、温度为120℃的热台上加热处理5min，形成插入层，其中，经过检测，n型半导体材料的含量为93.7wt％，备用。
(5)在插入层上以1000为加速度、1500rpm/s的转速旋涂形成电子传输层[6,6]-苯基C61丁酸甲酯(PCBM)，100℃下退火10min，紧接着以5000rpm/s的转速旋涂其钝化层浴铜灵(BCP)，备用。
(6)将获得到片子放入蒸镀机，蒸镀金属电极Ag形成电极层，得到钙钛矿电池，然后清边测试。
二、测试钙钛矿电池
(1)霍尔效应测试：
采用的设备：韩国ECOPIA Hms3000霍尔测试系统
测试方法：
首先将样品切割成20mm×20mm大小，然后连接到样品板，连接样品的四个直角，形成欧姆接触。
安装好样品板，关上磁体支架的盖子，打开电源开关预热10min。
打开PC上的程序，点击程序上的“Comm.Test”按钮，选择电流范围，并且输入电流值，输入采用的磁通量密度和样品厚度，在插入磁体前点击“Measure”按钮，此时测量水平、垂直和对角线方向的数据。
其中，对角线方向的测试包括：当进行第一组数据测量后，会自动显示测量值，屏幕上出现向前插入磁体，然后点击OK按钮，系统开始测量对角线方向的数据。当第二组据测量完毕后，大概1min后屏幕上会自动显示测量数据，反方向插入磁铁，点击OK按钮系统测量对角线方向数据。
最终，仪器会根据测试的霍尔系数的正负显示材料的测试结果是n型还是p型。
(2)稳定性数据测试：
钙钛矿电池器件制备结束后，放置于干房65℃热台，定期测量效率，以效率下降至原始效率80％所经历的时间为电池寿命。
将对比例1的使用寿命记为T0，第n组实验的使用寿命记为Tn，第n组实验的稳定性数据＝Tn/T0。
(3)填充因子及光电转换效率变化情况测试：
在标准模拟太阳光(AM 1.5G，100mW/cm2)照射下，对电池性能进行测试，获取I-V曲线。根据I-V曲线以及测试设备反馈的数据可以得到短路电流Jsc(单位mA/cm2)、开路电压Voc(单位V)、最大光输出电流Jmpp(单位mA)和最大光输出电压Vmpp(单位V)。通过公式FF＝Jsc×Voc/(Jmpp×Vmpp)计算出电池的填充因子FF，单位％。通过公式PCE＝Jsc×Voc×FF/Pw计算出电池的光电转换效率PCE，单位％；Pw表示输入功率，单位mW。
将对比例1的填充因子记为FF0，第n组实验的填充因子记为FFn，第n组实验的填充因子变化情况＝(FFn/FF0)×100％。
将对比例1的初始光电转换效率记为IPCE0，第n组实验的初始光电转换效率记为IPCEn，第n组实验的光电转换效率变化情况＝(IPCEn/IPCE0)×100％。
(4)在标准模拟太阳光(AM 1.5G,100mW/cm2)下连续关照测试电池的光电转换效率。结果呈现在图4中，其中，实验组A为无插入层，对应对比例1；实验组B～实验组D有插入层，插入层厚度依次为1nm、5nm和10nm，器件依次对应实施例2、实施例1和实施例3。
根据图4可以看出，可以看出，在插入层的厚度保持在一定范围内时，不会对器件光电转换效率性能产生明显的负面影响。
各实验的插入层设置情况如表1所示，且各实验关于钙钛矿电池的稳定性数据及光电转换效率变化情况如表1所示。表1中使用到的不同插入层材料的迁移率、载流子浓度以及电阻率参数如表2所示。
表1.
表2.
根据表1可知，本申请实施例提供的钙钛矿电池，和未设置插入层的对比例1相比，能有效提高稳定性，使得使用寿命延长；同时，保证器件能保持较高的光电转换初始效率。另外，和对比例1相比，实施例均保持较高的填充因子。
根据实施例1～实施例3可知，插入层的厚度在1nm～10nm时，和未设置插入层的对比例1相比，钙钛矿电池的使用寿命明显延长，且光电转换初始效率损失低或者基本没有损失。其中，随着插入层厚度的增大，钙钛矿电池的使用寿命逐渐延长；随着插入层厚度的减小，钙钛矿电池的光电转换初始效率的损失越小。
实施例4和实施例1～3相比，插入层的厚度较小，对使用寿命的延长效果相对较差。
实施例5和实施例1～3相比，插入层的厚度较大，器件的光电转换初始效率降低。
实施例6和实施例2相比，插入层厚度与钙钛矿吸光层厚度之比相对较小，钙钛矿电池的使用寿命和光电转换初始效率均出现降低。
实施例7和实施例3相比，插入层厚度与钙钛矿吸光层厚度之比相对较大，钙钛矿电池的使用寿命和光电转换初始效率均出现降低。
实施例2和实施例8～13之间的区别在于n型半导体材料的种类不同，其中，实施例2和其他实施例相比，使用寿命提升更明显，且光电转换初始效率更高。其中，实施例9和实施例11的效率相较实施例1而言下降较多，是由于迁移率和载流子浓度分别不满足一些实施例中设定范围，使得器件虽然稳定性会有提升，但效率变化较大。
实施例2和对比例2～4之间的区别在于插入层的材料不同，其中，实施例2采用n型材料，能有效提高稳定性使得使用寿命延长的同时，保证器件能保持较高的光电转换初始效率；而对比例2和对比例3中使用本征或者p型材料，和实施例2相比，器件的使用寿命和光电转换初始效率显著降低；而对比例4中使用了用于与钙钛矿吸光层中残存的碘化铅原位反应苯乙胺碘化物，和实施例2相比，器件的使用寿命显著降低。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本申请的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本申请并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (12)
1.一种钙钛矿电池，其特征在于，电子传输层和钙钛矿吸光层之间设有插入层，其中，所述插入层含有n型半导体材料。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述n型半导体材料的化学式为AxBy，A选自铅、锡、钛、铟、锌、镓、铝、硅、钽、锗和锆中的一种或多种，B选自氧、硫、氮、碳和磷中的一种或多种，x＞0，y＞0。
3.根据权利要求2所述的钙钛矿电池，其特征在于，A为铅，B为氧或硫。
4.根据权利要求1～3任一项所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述n型半导体材料满足以下条件(a1)～(a3)中的至少一项：
(a1)迁移率为0.1cm2/vs～1000cm2/vs；
(a2)载流子浓度为1015cm-3～1021cm-3；
(a3)电阻率为10-6Ωcm～103Ωcm。
5.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述n型半导体材料在所述插入层中的含量≥90wt％，所述插入层的厚度为1nm～10nm。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述插入层的厚度为1nm～5nm或者5nm～10nm。
7.根据权利要求1、5或6所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述插入层的厚度与所述钙钛矿吸光层的厚度之比为0.1～1：100。
8.根据权利要求1、5或6所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述n型半导体材料在所述插入层中的含量≥90wt％。
9.根据权利要求1所述的钙钛矿电池，其特征在于，所述钙钛矿电池包括依次设置的透明基底层、空穴传输层、所述钙钛矿吸光层、所述插入层、所述电子传输层以及电极层。
10.一种光伏组件，其特征在于，包括如权利要求1～9任一项所述的钙钛矿电池。
11.一种光伏发电系统，其特征在于，包括若干个电性连接的如权利要求10所述的光伏组件。
12.一种用电设备，其特征在于，包括若干个电性连接的如权利要求10所述的光伏组件。
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