一种宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法与流程

本发明属于太阳电池，具体涉及一种宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法。

背景技术：

1、钙钛矿/晶硅叠层太阳电池因功率转换效率的显著提升，正成为最具前景的光伏技术之一。实现高效叠层电池的关键在于制备高质量的钙钛矿顶电池。在众多候选光吸收材料中，混合阳离子与混合卤化物的钙钛矿目前被认为是顶电池最有潜力的选择。然而，其复杂的组成导致结晶动力学过程繁琐，使得获得高质量的宽带隙顶电池尤为困难。以混合卤化物钙钛矿为例，成膜过程中多种中间相会引发多条成核路径，因此难以形成均匀且高结晶度的薄膜。此外，此类宽带隙钙钛矿在光照或热应力作用下，极易发生富i相与富br相的自发分离，进而引起显著的开路电压损失，损害叠层器件的效率与稳定性。一般来说，i-与br-之间离子半径和电负性的差异会在晶格中引入不均匀应力。在光照条件下，光生载流子会促进卤离子迁移，它们倾向于向晶界或缺陷位点偏聚，形成窄带隙的富i相和宽带隙的富br相。这种相分离会产生局域载流子陷阱，加剧非辐射复合，从而严重降低开路电压。

2、目前，通过添加剂和界面工程来钝化缺陷、实现均匀表面电势以减少开路电压损失已成为通用策略。然而，这些表面修饰手段的效用范围有限，未能触及钙钛矿吸光层的体相。更关键的是，体相内固有的卤素离子不均匀分布，以及由此引发的光诱导相分离问题，仍是制约器件性能的根本挑战。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决宽带隙钙钛矿结晶动力学复杂、成膜均匀性差以及光照或热应力下易发生卤素相分离导致稳定性下降等技术问题，提出一种基于混合氯盐添加剂的宽带隙钙钛矿太阳电池及其制备方法，在实现高质量钙钛矿薄膜制备的同时，兼顾抑制卤素偏析与非辐射复合，提升器件开路电压与长期运行稳定性。

2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种宽带隙钙钛矿太阳电池，包括从下到上依次层叠设置的基底、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极，所述钙钛矿吸收层中含有混合氯盐添加剂，所述混合氯盐添加剂由macl、pbcl2和rbcl组成，且macl的添加量为钙钛矿吸收层前驱体溶质总量的5mol%，pbcl2的添加量为钙钛矿吸收层前驱体溶质总量的2mol%，rbcl的添加量为钙钛矿吸收层前驱体溶质总量的2mol%。

3、进一步，所述钙钛矿吸收层的带隙为1.65ev～1.72ev。

4、进一步，所述基底上设置有透明导电电极，透明导电电极的材料为ito。

5、进一步，所述空穴传输层的材料为4padcb、meo-2pacz或me-4pacz中的任意一种。

6、进一步，所述电子传输层为c60/bcp/ag的复合结构。

7、进一步，所述金属电极的材料为银、铜或金中的一种。

8、一种上述的宽带隙钙钛矿太阳电池的制备方法，包括以下步骤：

9、（1）利用射频磁控溅射技术在基底上制备透明导电电极，获得透明导电衬底；

10、（2）制备空穴前驱体溶液，利用旋涂技术在透明导电衬底上旋涂空穴前驱体溶液并退火，制备空穴传输层；

11、（3）利用旋涂和真空闪蒸技术在空穴传输层上旋涂钙钛矿前驱体溶液，制备钙钛矿吸收层，所述钙钛矿前驱体溶液中添加有由macl、pbcl2和rbcl组成的混合氯盐添加剂，且macl的添加量为钙钛矿前驱体溶质总量的5mol%，pbcl2的添加量为钙钛矿前驱体溶质总量的2mol%，rbcl的添加量为钙钛矿前驱体溶质总量的2mol%；

12、（4）利用热蒸发技术在所述钙钛矿吸收层上制备电子传输层；

13、（5）利用热蒸发技术在所述电子传输层上制备金属电极。

14、进一步，步骤（3）中，制备钙钛矿吸收层的具体工艺为：将添加有混合氯盐添加剂的钙钛矿前驱体溶液旋涂于空穴传输层上，旋涂分两个阶段进行，第一阶段的转速为500rpm、时长为5～10s，第二阶段的转速为4000rpm、时长为15～25s；旋涂后进行真空闪蒸处理，将气压抽至4pa并保持30～120s，然后进行退火处理。

15、进一步，步骤（1）中，所述透明导电电极的材料为ito；步骤（2）中，所述空穴传输层的材料为4padcb、meo-2pacz或me-4pacz中的一种。

16、进一步步骤（4）中，所述电子传输层为c60/bcp/ag的复合结构；步骤（5）中，所述金属电极的材料为银、铜或金中的一种。

17、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

18、1、本发明通过在钙钛矿吸收层中添加特定比例的混合氯盐添加剂，显著优化了结晶动力学，减少了中间相的产生，形成了均匀致密且高结晶度的宽带隙钙钛矿薄膜，从而有效降低了非辐射复合损失，为器件获得高开路电压与填充因子奠定了材料基础。

19、2、本发明的混合氯盐添加剂利用氯离子部分替代晶格中的碘离子或溴离子，缓解了因离子尺寸差异引起的晶格应力，同时钝化了晶界与界面处的缺陷，抑制了光致卤素偏析现象，大幅提升了宽带隙钙钛矿顶电池在持续光照或热应力下的运行稳定性。

20、3、本发明所采用的混合氯盐添加剂策略不仅解决了宽带隙钙钛矿固有的相分离难题，还具备工艺兼容性强、成本低廉的优点，可便捷地集成于现有钙钛矿/晶硅叠层电池的制备流程中，为实现高效、稳定且可规模化的叠层光伏器件提供了切实可行的技术路径。

1.一种宽带隙钙钛矿太阳电池，包括从下到上依次层叠设置的基底、空穴传输层、钙钛矿吸收层、电子传输层和金属电极，其特征在于，所述钙钛矿吸收层中含有混合氯盐添加剂，所述混合氯盐添加剂由macl、pbcl2和rbcl组成，且macl的添加量为钙钛矿吸收层前驱体溶质总量的5mol%，pbcl2的添加量为钙钛矿吸收层前驱体溶质总量的2mol%，rbcl的添加量为钙钛矿吸收层前驱体溶质总量的2mol%。

2.根据权利要求1所述的宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述钙钛矿吸收层的带隙为1.65ev～1.72ev。

3.根据权利要求1所述的宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述基底上设置有透明导电电极，透明导电电极的材料为ito。

4.根据权利要求1所述的宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述空穴传输层的材料为4padcb、meo-2pacz或me-4pacz中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述电子传输层为c60/bcp/ag的复合结构。

6.根据权利要求1所述的宽带隙钙钛矿太阳电池，其特征在于，所述金属电极的材料为银、铜或金中的一种。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的宽带隙钙钛矿太阳电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，制备钙钛矿吸收层的具体工艺为：将添加有混合氯盐添加剂的钙钛矿前驱体溶液旋涂于空穴传输层上，旋涂分两个阶段进行，第一阶段的转速为500rpm、时长为5～10s，第二阶段的转速为4000rpm、时长为15～25s；旋涂后进行真空闪蒸处理，将气压抽至4pa并保持30～120s，然后进行退火处理。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述透明导电电极的材料为ito；步骤（2）中，所述空穴传输层的材料为4padcb、meo-2pacz或me-4pacz中的一种。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述电子传输层为c60/bcp/ag的复合结构；步骤（5）中，所述金属电极的材料为银、铜或金中的一种。