g0、Ga203、Zr02、Nb205、Ta205或Hf02。绝缘缓冲层厚度在l-5nm ;
步骤4 :将介孔半导体材料采用沉积法沉积到经步骤3处理后的导电基底上，热处理温度为300-600°C，时间在0. 5-3h之间，即得到介孔层；
步骤5 :利用两步法、一步法或利用气相辅助液相法在经过步骤4处理后的导电基底上制备有机无机杂化的钙钛矿层，再进行退火处理温度在100-200°C之间，时间在0. 5-3h之间；
步骤6 :在经过步骤5处理后的导电基底上旋涂空穴传输材料，旋涂转速为100-5000rpm，在湿度低于30%条件下进行操作；
步骤7 :在经过步骤6处理后的导电基底采用热蒸镀金或者银电极，最终得到高效钙钛矿太阳能电池，电极厚度在20-150nm。
[0027]所述的介孔半导体材料为Ti02、ZnO、A1203、Zr02、Si02颗粒制成的稀释楽;料，稀释比在1_1〇之间。
[0028]所述的导电衬底为FT0玻璃、ΙΤ0玻璃、柔性PET基底或石墨烯导电基底。
[0029]所述的半导体氧化物传输层为Zn0、Ti02、Ni0或Sn02薄膜或者该种半导体的阵列等高比表面积结构，厚度为10-200nm。
[0030]所述步骤3的沉积方法为磁控溅射法、原子层沉积技术，溶胶凝胶法、物理气相沉积或化学气相沉积法，沉积温度10-500°C。
[0031]所述步骤4中的沉积方法包括原子层沉积法、磁控溅射技术、物理气相沉积、热蒸发法化学气相沉积、溶胶凝胶法或喷涂法，其中，旋涂法的转速在1000-8000rpm之间；喷涂法的喷涂温度在100-300 °C之间。
[0032]所述步骤6中所述的空穴传输材料为spiro-MeOTAD、氧化镍。
[0033]实例1 : ZnO基钙钛矿太阳能电池(未引入绝缘缓冲层）
将高透光率的导电玻璃基底（FT0/IT0)清洗干净，乙醇、丙酮、异丙醇交替超声10-60min，氮气吹干备用。通过湿法刻蚀法处理导电基地得到目标图案的透明衬底。利用磁控溅射技术制备η型半导体氧化物薄膜（ZnO薄膜)，收集并传输电子，沉积厚度为10-200nm，沉积温度在10-300 °C，退火处理温度300-500 °C密封保存。
[0034]将Ti02颗粒制成的稀释浆料，稀释比为1:10,旋涂转速2500rpm-5500rpm，300-600°C高温退火。待冷却后，旋涂浓度为300-600mg/ml的PbX2(溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解10_24h至完全溶解后旋涂。退火、冷却，浸泡于甲胺碘溶液中，待反应完全放在热板100-200°C下退火0.5-3h，得到钙钛矿薄膜。旋涂空穴传输材料，蒸镀金电极。测试。结果如图2所示。
实例2 : ZnO基钙钛矿太阳能电池（引入绝缘缓冲层）
将高透光率的导电玻璃基底（FT0/IT0)清洗干净，乙醇、丙酮、异丙醇交替超声50min，氮气吹干备用。通过湿法刻蚀法处理导电基地得到目标图案的透明衬底。利用磁控溅射技术制备η型半导体氧化物薄膜（ZnO薄膜)，收集并传输电子，沉积厚度为50nm，沉积温度在50°C，退火处理温度300°C密封保存。
[0035]将Ti02颗粒制成的稀释浆料，稀释比为1:5,旋涂转速5500rpm，500°C高温退火。待冷却后，旋涂浓度为460mg/ml的PbX2 (溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解10h至完全溶解后旋涂。退火、冷却，浸泡于甲胺碘溶液中，待反应完全放在热板l〇〇°C下退火lh，得到钙钛矿薄膜。制备过程中在150°C下通过原子层沉积技术沉积绝缘缓冲层20个循环，得到2nm厚的绝缘缓冲层。旋涂空穴传输材料，蒸镀金电极。测试。结果如图3所示。
[0036]实例3 : Ti02基钙钛矿太阳能电池(未引入绝缘缓冲层）
将高透光率的导电玻璃基底（FT0/IT0)清洗干净，乙醇、丙酮、异丙醇交替超声10-60min，氮气吹干备用。通过湿法刻蚀法处理导电基地得到目标图案的透明衬底。利用溶胶凝胶法制备η型半导体氧化物薄膜（Ti02薄膜)，收集并传输电子，沉积厚度为10-200nm，沉积温度在10-300°C，退火处理温度300-500°C密封保存。
[0037]稀释介孔浆料，稀释比为1:10,旋涂转速2500rpm-5500rpm，300-600°C高温退火。待冷却后，旋涂浓度为300-600mg/ml的PbX2 (溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解10_24h至完全溶解后旋涂。退火、冷却，浸泡于甲胺碘溶液中，待反应完全放在热板100-200 °C下退火0.5-3h，得到钙钛矿薄膜。旋涂空穴传输材料，蒸镀金电极。测试。结果如图4所示。
[0038]实例4 :Ti02基钙钛矿太阳能电池（引入绝缘缓冲层）
将高透光率的导电玻璃基底（FT0/IT0)清洗干净，乙醇、丙酮、异丙醇交替超声50min，氮气吹干备用。通过湿法刻蚀法处理导电基地得到目标图案的透明衬底。利用溶胶凝胶法制备η型半导体氧化物薄膜（Ti02薄膜)，收集并传输电子，沉积厚度为60nm，沉积温度在100°C，退火处理温度500°C密封保存。
[0039]稀释介孔浆料，稀释比为1:5,旋涂转速5500rpm，500°C高温退火。待冷却后，旋涂浓度为460mg/ml的PbX2 (溶解于二甲基甲酰胺)，70°C溶解24h至完全溶解后旋涂。退火、冷却，浸泡于甲胺碘溶液中，待反应完全放在热板120°C下退火0. 5h，得到钙钛矿薄膜。制备过程中在10 5Pa压强下通过磁控溅射术沉积绝缘缓冲层，得到5nm厚的绝缘缓冲层。旋涂空穴传输材料，蒸镀金电极。测试。结果如图5所示。
【主权项】
1.一种高效钙钛矿太阳能电池，该高效钙钛矿太阳能电池的结构是:导电衬底、半导体氧化物电子传输层、介孔层和有机无机杂化的钙钛矿层、空穴传输层以及金属对电极，其特征在于，该高效钙钛矿太阳能电池还包括绝缘缓冲层，所述绝缘缓冲层的引入位置为半导体氧化物电子传输层和钙有机无机杂化的钙钛矿层之间，或者钙钛矿材料与空穴传输层之间。2.根据权利要求1所述的高效钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述绝缘缓冲层的厚度为 l-5nm,所述绝缘缓冲层为 A1203、Zr02、Si02、MgO、Ga203、Zr02、Nb205、Ta205或 H f02。3.根据权利要求1所述的高效钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的有机无机复合钙钛矿为CH3NH3PbX3，其中X为I，C1或Br。4.一种制备如权利要求1-3任意一项所述的钙钛矿太阳能电池结构的方法，其特征在于，具体包括以下步骤: 步骤1:将导电基底通过传统基片清洗工艺洗涤，氮气吹干备用； 步骤2:将经过步骤1处理后的导电基底上沉积半导体氧化物传输层，收集并传输电子或者空穴，沉积温度10-300°C，退火处理温度300-500°C密封保存； 步骤3:将经过步骤2处理后的沉积有电子传输层的导电基底上利用沉积法制备一层缓冲层厚度在l_5nm绝缘缓冲层，沉积温度10-500°C ; 步骤4:将介孔半导体材料采用旋涂法或喷涂法沉积到经步骤3处理后的导电基底上，随后在温度为300-600°C进行热处理，时间在0.5-3h，得到介孔层； 步骤5:利用两步法、一步法或利用气相辅助液相法在经过步骤4处理后的导电基底上制备有机无机杂化的钙钛矿层，再进行退火处理温度在100-200°C之间，时间在0.5-3h之间； 步骤6:在经过步骤5处理后的导电基底上旋涂空穴传输材料，旋涂转速为100-5000rpm，在湿度低于30%条件下进行操作； 步骤7:在经过步骤6处理后的导电基底上采用热蒸镀金或银电极，最终得到高效钙钛矿太阳能电池，电极厚度在20-150nm。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的介孔半导体材料为T12、ZnO、A1203、Zr02、Si02颗粒制成的稀释楽料，稀释比在1-10之间。6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的导电衬底为FT0玻璃、IT0玻璃、柔性PET基底或石墨烯导电基底。7.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的半导体氧化物传输层为ZnO、T12、N1或Sn02薄膜或者该种半导体的阵列等高比表面积结构，厚度为10-200nm，沉积方法为原子层沉积法、磁控溅射技术、物理气相沉积、热蒸发法化学气相沉积、溶胶凝胶法、喷涂法、水热法或涂布法。8.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤3中的沉积法为磁控溅射法、原子层沉积技术，溶胶凝胶法、物理气相沉积或化学气相沉积法。9.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤4中的沉积法包括原子层沉积法、磁控溅射技术、物理气相沉积、热蒸发法化学气相沉积、溶胶凝胶法或喷涂法，其中，旋涂法的转速在1000-8000rpm之间；喷涂法的喷涂温度在100_300°C之间。10.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤6中所述的空穴传输材料为spiro-MeOTAD 或氧化镍
【专利摘要】本发明涉及光伏电池，提供了一种高效钙钛矿太阳能电池及其制备方法。该种钙钛矿太阳能电池的结构是传统的介孔型结构：导电衬底、半导体氧化物传输层、介孔层、有机无机杂化的钙钛矿层、空穴传输层以及金属对电极。本发明在传统的介孔型电池结构中引入了绝缘缓冲层实现了高效钙钛矿太阳能电池的构建。电池中加入缓冲薄层后虽有助于抑制界面处的电子-空穴复合，但是绝缘材料的引入往往会降低光电流。然而本发明通过界面调控，加入绝缘缓冲层之后电流不但没有下降反而提升，电池性能得到改善，为得到高效钙钛矿太阳能电池提供了新的制备途径。该种方法工艺简单，成本低廉，有助于提高钙钛矿光伏器件的光学性能和稳定性，具有良好的应用前景。
【IPC分类】H01L31/0352, H01L31/18, H01L31/042
【公开号】CN105428438
【申请号】CN201510254769
【发明人】张跃, 司浩楠, 廖庆亮, 张光杰, 马明园
【申请人】北京科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年5月18日