一种三维异质结钙钛矿太阳能电池结构及其应用

本发明属于太阳能电池，具体涉及一种三维异质结钙钛矿太阳能电池结构及其应用。

背景技术：

1、钙钛矿太阳能电池(perovskite solar cells)，是利用钙钛矿型的有机-无机杂化金属卤化物半导体作为吸光材料的太阳能电池，属于第三代太阳能电池。有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池因具有低成本、易制备和优异的光电转化性能等优点而在国际上备受关注，并且发展迅速，电池转化效率已从2009年的3.8％提升到2022年的25.7％，钙钛矿材料也被认为是下一代低成本太阳能电池的光吸收材料。

2、周期性的晶格结构在钙钛矿薄膜表面中断，且钙钛矿表面暴露在外头，容易受到外界环境的影响，形成非化学计量比的表面钙钛矿层，进而导致钙钛矿表面的缺陷态密度远高于钙钛矿体内。金属卤化物钙钛矿薄膜表面缺陷多、载流子在界面非辐射复合显著，严重地影响到了钙钛矿光伏器件的性能。

技术实现思路

1、针对金属卤化物钙钛矿薄膜表面缺陷多、载流子在界面非辐射复合严重的问题，本发明提供一种三维异质结钙钛矿太阳能电池结构，利用三维/三维全钙钛矿ii型异质结对钙钛矿进行表界面钝化，可加快载流子注入到传输层中，有效的减少载流子在钙钛矿表界面的非辐射复合。

2、为了实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种三维异质结钙钛矿太阳能电池，包括钙钛矿层，所述钙钛矿层由吸光层和钝化层复合得到，吸光层和钝化层形成ii型异质结；所述吸光层由三维钙钛矿n制成，钝化层由三维钙钛矿y制成。

4、对于所述ii型异质结，在电子传输层一侧，三维钙钛矿n的导带高于钙钛矿y的导带且三维钙钛矿n的价带也高于钙钛矿y的价带；或者在空穴传输层一侧，三维钙钛矿n的导带低于钙钛矿y的导带且三维钙钛矿n的价带也低于钙钛矿y的价带。

5、所述三维钙钛矿n和三维钙钛矿y相同或不同，为abx3，其中a位为甲胺离子ma+、甲脒离子fa+或铯离子cs+中的一种或几种的混合，b位为铅离子pb+或者铅离子pb+与锡离子sn2+的混合，并且锡离子sn2+所占金属离子的比例为10％-90％，x位为碘离子i-、溴离子br-和氯离子cl-中的一种或两种或三种的混合。

6、进一步地，所述吸光层的厚度为200-2000nm，钝化层的厚度为0.1-1000nm。

7、进一步地，所述钙钛矿层的制备方法是先使用旋涂法、刮涂法、喷涂法或气相沉积法制备吸光层，再在吸光层上使用旋涂法、刮涂法、喷涂法或气相沉积法沉积钝化层。

8、进一步地，所述钙钛矿太阳能电池为n-i-p结构或p-i-n结构。

9、进一步地，所述钙钛矿太阳能电池为单结电池或叠层电池。

10、本发明提供了一种利用三维/三维钙钛矿异质结界面钝化方法制备的钙钛矿太阳能电池。相较于其他类型的钝化方式，三维钙钛矿n/三维钙钛矿y异质结中的三维钙钛矿y能有效阻止水、氧和热等外界因素对三维钙钛矿n破坏并提升太阳能电池的开路电压和填充因子。相较于三维/二维异质结钝化方式，这种三维/三维钙钛矿异质能有效的避免二维钙钛矿的生成，避免二维钙钛矿对钙钛矿太阳能电池载流子传输的不利影响，增加太阳能电池的短路电流密度。利用这种钝化方法，可以将所有种类的金属卤化物钙钛矿的表面都行有效的钝化，在保护三维钙钛矿n的同时增加太阳能电池的开路电压和填充因子并不影响钙钛矿太阳能电池的短路电流密度，提高电池光电转化的效率。

技术特征：

1.一种三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括钙钛矿层，所述钙钛矿层由吸光层和钝化层复合得到，吸光层和钝化层形成ii型异质结，所述吸光层由三维钙钛矿n制成，钝化层由三维钙钛矿y制成；

2. 根据权利要求1所述的三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述吸光层的厚度为200-2000 nm，钝化层的厚度为0.1-1000 nm。

3.根据权利要求1所述的三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿层的制备方法是先使用旋涂法、刮涂法、喷涂法或气相沉积法制备吸光层，再在吸光层上使用旋涂法、刮涂法、喷涂法或气相沉积法沉积钝化层。

4. 根据权利要求1所述的三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池为n-i-p 结构或p-i-n 结构。

5.根据权利要求1所述的三维异质结钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述钙钛矿太阳能电池为单结电池或叠层电池。

技术总结
本发明公开了一种三维异质结钙钛矿太阳能电池结构及其应用，属于太阳能电池技术领域。本发明的三维异质结钙钛矿太阳能电池，其钙钛矿层由吸光层和钝化层复合得到，吸光层和钝化层形成II型异质结，所述吸光层由三维钙钛矿N制成，钝化层由三维钙钛矿Y制成。本发明通过设计在含有厚吸光层的钙钛矿薄膜上构筑三维/三维全钙钛矿II型异质结，有效地钝化钙钛矿表面的缺陷，减少了钙钛矿表面的非辐射复合损失，在提升开路电压和填充因子的同时不影响短路电流源密度，提升了单结和叠层电池的光电转化效率。

技术研发人员：谭海仁,林仁兴
受保护的技术使用者：南京大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14