大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池和钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池的制作方法

本申请涉及太阳能电池，特别是涉及一种大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池和钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。

背景技术：

1、近年来，单结钙钛矿太阳能电池一直在不断接近其理论肖克利-奎瑟（s-q）效率极限，自2009年问世以来快速实现了接近26%的最高光电转换效率。为了进一步提升太阳能电池的光电转换效率，目前最有潜力的方法是通过将宽带隙(wbg)钙钛矿太阳能电池与晶硅电池集成来构建串联叠层太阳能电池，其中，宽带隙钙钛矿太阳能电池是指采用宽带隙的钙钛矿材料作为吸光层的太阳能能电池，特别是带隙为1.65ev~1.78ev的宽带隙钙钛矿吸光层对于实现钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池中钙钛矿和硅子电池之间理想的电流匹配至关重要。

2、然而，传统的带隙为1.65ev~1.78ev的宽带隙钙钛矿吸光层面临较大的能量损失，其原因在于宽带隙钙钛矿吸光层存在较多深能级的缺陷，进而导致较为严重的非辐射复合损失，开路电压(voc)较低。同时，传统的宽带隙钙钛矿太阳能电池中通常采用自组装单分子层（sams）作为空穴传输层，但是sams层在放大基底尺寸的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池制备时极易出现空间分布不均匀的问题，进而导致大面积的器件性能出现明显损耗，短路电流密度（jsc）和填充因子(ff)偏低。如此，大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的器件效率难以得到有效提升。

技术实现思路

1、基于此，本申请提供一种大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池和钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，该大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池具有较高的器件效率。

2、本申请的第一方面，提供一种大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，包括层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和第二电极层，所述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的制备步骤包括如下步骤：

3、在所述第一电极层的表面施加含空穴传输材料的溶液，制备所述空穴传输层；所述空穴传输材料包括自组装单分子层材料；

4、在所述空穴传输层的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，旋涂的过程中加入反溶剂，然后退火制备所述钙钛矿层；所述钙钛矿前驱体溶液包括宽带隙钙钛矿前驱体材料和磷酸咔唑类添加剂，所述钙钛矿前驱体溶液中，所述磷酸咔唑类添加剂的浓度为0.3mmol/l~1.5mmol/l；

5、在所述钙钛矿层的表面依次制备所述电子传输层和所述第二电极层。

6、在其中一些实施例中，所述磷酸咔唑类添加剂包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一种或多种。

7、在其中一些实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液中，所述磷酸咔唑类添加剂的浓度为0.8mmol/l~1.2mmol/l。

8、在其中一些实施例中，所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括第一溶剂与第二溶剂的混合物，所述第一溶剂为dmf，所述第二溶剂为dmso、nmp、2-me、dmpu和nep中的一种或多种。

9、在其中一些实施例中，所述反溶剂包括氯苯、苯甲醚、乙醚和异丙醇中的一种或多种。

10、在其中一些实施例中，退火的条件包括：温度为90℃~120℃，时间为25min~35min。

11、在其中一些实施例中，所述自组装单分子层材料包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一种或多种。

12、在其中一些实施例中，所述宽带隙钙钛矿前驱体材料具有如下结构通式：

13、ab(xny1-n)3，其中，a包括ch3nh3+、c4h9nh3+、nh2ch＝nh2+和cs+中的一种或多种；b包括pb2+；x、y包括cl-、br-或i-，且x与y不同；0＜n＜1。

14、在其中一些实施例中，所述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的有效面积>1cm2。

15、本申请的第二方面，提供一种钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，包括第一方面所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池以及晶硅电池。

16、上述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，针对采用宽带隙钙钛矿材料和自组装单分子层材料（sams）作为空穴传输层的太阳能电池，在制备钙钛矿层采用的钙钛矿前驱体溶液中引入一定浓度的磷酸咔唑类添加剂，如此钙钛矿前驱体溶液在施加至空穴传输层表面并进行旋涂的过程中，通过加入反溶剂，促使磷酸咔唑类添加剂被“挤出”到钙钛矿层的下界面，一方面，增强空穴传输层中的sams对第一电极层的锚定作用，弥补sams在较大尺寸基底上分布不均匀的漏洞，提升电荷传输效果，减少损耗，提升短路电流密度（jsc）和填充因子(ff)；另一方面，还可以钝化宽带隙钙钛矿层晶界的缺陷，减少缺陷密度，提高钙钛矿层的质量，提升开路电压(voc)，进而综合提高器件，尤其是大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的稳定性和效率。

17、其中，需要合理控制钙钛矿前驱体溶液中磷酸咔唑类添加剂的浓度，添加量过少，能以实现如上所述两方面的效果，而添加量过多则会影响钙钛矿薄膜的成膜结晶过程，导致其质量偏低，同时磷酸咔唑类添加剂会往下偏移使形成的sam层过厚，阻碍电荷传输效果，进而也难以提升器件的稳定性和效率。

技术特征：

1.一种大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和第二电极层，所述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的制备步骤包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述磷酸咔唑类添加剂包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液中，所述磷酸咔唑类添加剂的浓度为0.8mmol/l~1.2mmol/l。

4.根据权利要求1~3任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿前驱体溶液的溶剂包括第一溶剂与第二溶剂的混合物，所述第一溶剂为dmf，所述第二溶剂为dmso、nmp、2-me、dmpu和nep中的一种或多种。

5.根据权利要求1~3任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述反溶剂包括氯苯、苯甲醚、乙醚和异丙醇中的一种或多种。

6.根据权利要求1~3任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，退火的条件包括：温度为90℃~120℃，时间为25min~35min。

7.根据权利要求1~3任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述自组装单分子层材料包括2pacz、meo-2pacz、meo-4padbc、me-4pacz、dmacpa和4pacdcb中的一种或多种。

8.根据权利要求1~3任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述宽带隙钙钛矿前驱体材料具有如下结构通式：

9.根据权利要求1~3任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的有效面积>1cm2。

10.一种钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池，其特征在于，包括权利要求1~9任一项所述的大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池以及晶硅电池。

技术总结本申请涉及一种大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池和钙钛矿/晶硅叠层太阳能电池。所述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池，包括层叠设置的第一电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和第二电极层，所述大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池的制备步骤包括如下步骤：在所述第一电极层的表面施加含空穴传输材料的溶液，制备所述空穴传输层；所述空穴传输材料包括自组装单分子层材料；在所述空穴传输层的表面旋涂钙钛矿前驱体溶液，旋涂的过程中加入反溶剂，然后退火制备所述钙钛矿层；所述钙钛矿前驱体溶液包括宽带隙钙钛矿前驱体材料和磷酸咔唑类添加剂；在所述钙钛矿层的表面制备所述第二电极层。该大面积宽带隙钙钛矿太阳能电池具有较高的器件效率。技术研发人员：方达富受保护的技术使用者：深圳现象光伏科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29