[0001] 本发明属于太阳能电池技术领域，涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和用途。

[0002] 钙钛矿太阳能电池由于其具有可调的带隙、高的光吸收系数、长的载流子寿命及扩散长度、较高的缺陷容忍度、低成本的低温液相制备方法等优异的光电特性而受到广泛的关注。其中，钙钛矿太阳能电池主要分为正置结构钙钛矿电池(nip型)及反置结构钙钛矿电池(pin型)。

[0003] 如CN113594373A提供了一种钙钛矿太阳能电池、制备方法、电池组件及光伏系统，该钙钛矿太阳能电池包括：透明导电基底；空穴传输层，空穴传输层包括设置于透明导电基底之上的致密层、及设于致密层之上并由无机空穴传输材料构成的纳米阵列层；设于纳米阵列层之上的钙钛矿光吸收层；设于钙钛矿光吸收层之上的电子传输层；以及设于电子传输层之上的金属电极。

[0004] 目前单从效率而言钙钛矿太阳能电池已经完全媲美传统光伏电池。但是由于钙钛矿自身组份和结晶特性原因，其产业化仍然面临两个巨大挑战：大面积扩展和长期运行稳定性。目前大面积拓展的研究已有一定的进展，而钙钛矿太阳能电池的运行稳定性则是进一步将其推进产业化的另一关键。目前公开报道发布的钙钛矿稳定性研究都还集中在万小时甚至几千小时的量级，与硅电池的25年寿命相差甚远。分析其内部原因，高效的钙钛矿组份使用有机无机杂化的结构，容易在光、热、湿度和偏压的诱导下产生离子迁移和相变。其中离子迁移造成的金属电极腐蚀被认为钙钛矿长期稳定性最棘手的问题。因此通过各种方式抑制或者阻挡离子迁移是钙钛矿长期稳定性和产业化的必由之路。

[0005] 现有文献中有使用稳定的铋金属或者TCO层阻挡离子迁移的报道，但是铋金属的气化温度较高，蒸镀过程中仍会对底部温度敏感的钙钛矿造成影响；磁控溅射法制备的TCO能量较高，也会对钙钛矿膜层和器件造成不可挽回的损伤。

[0006] 因此，如何提升钙钛矿太阳能电池的长期运行稳定性，是亟待解决的技术问题。

[0049] 下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

[0050] 实施例1

[0051] 本实施例提供一种钙钛矿太阳能电池，如图1所示，所述钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的底层1、第一载流子传输层2、钙钛矿吸光层3、第二载流子传输层4、半金属惰性合金电极层5和金属电极层6；

[0052] 其中，底层1为ITO导电玻璃，第一载流子传输层2为空穴传输层(NiOx)，钙钛矿吸光层3为1.68eV经典宽带隙体系，第二载流子传输层4为电子传输层(C60(富勒烯)+SnO2)，半金属惰性合金电极层5为锑铋锡合金层(锑、铋和镍的摩尔比为50:30:20，厚度为5nm，气化温度即熔点为150℃)，金属电极6为铜电极。

[0053] 所述钙钛矿太阳能电池的制备过程如下：

[0054] 在底层表面依次制备第一载流子传输层、钙钛矿吸光层、第二载流子传输层、半金属惰性合金电极层和金属电极层，得到所述钙钛矿太阳能电池；

[0055] (1)底层：选用ITO导电玻璃，清洗烘干后，紫外臭氧处理15min备用；

[0056] (2)第一载流子传输层(空穴传输层)：采用磁控溅射法在ITO导电玻璃表面制备15nm的NiOx；

[0057] (3)钙钛矿吸光层：选用1.68eV经典宽带隙体系，Cs5(FAPbI3)77(MAPbBr3)23，旋涂条件为5000r/35s，剩13s滴加反溶剂CB，旋涂结束后，100℃下15min退火处理，获得钙钛矿薄膜；

[0058] (4)第二载流子传输层(电子传输层)：采用蒸镀C60+ALD‑SnO2阻挡层的组合结构，其中C60采用高真空蒸镀法蒸20nm速率控制在0.01nm/s，15nm后SnO2薄膜采用热法ALD制备，其中锡源为TDMASn，出源和吹扫程序0.1/10/0.1/10s为一个循环，循环总次数150次，工作温度90℃；

[0059] (5)半金属惰性合金电极层:采用真空蒸镀法，蒸镀5nm厚锑铋锡合金，蒸镀的速率为

[0060] (6)金属电极层：真空蒸镀100nm厚的Cu，基底真空达到1x10‑4Pa以后，调节蒸镀仪电流或者功率使其稳定在0.5A/s的速率蒸镀，直到膜厚仪显示到预定膜厚示数停止。

[0061] 实施例2

[0062] 本实施例与实施例1的区别为，本实施例中半金属惰性合金电极层的厚度为10nm，制备方法中，适应性调整蒸镀时间。

[0063] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0064] 实施例3

[0065] 本实施例与实施例1的区别为，本实施例中半金属惰性合金电极层的厚度为15nm，制备方法中，适应性调整蒸镀时间。

[0066] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0067] 实施例4

[0068] 本实施例与实施例1的区别为，本实施例中半金属惰性合金电极层为锑铋合金(锑和铋的摩尔比为1:1)，气化温度为185℃。

[0069] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0070] 实施例5

[0071] 本实施例与实施例1的区别为，本实施例中半金属惰性合金电极层的厚度为50nm，制备方法中，适应性调整蒸镀时间。

[0072] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0073] 实施例6

[0074] 本实施例与实施例1的区别为，本实施例中半金属惰性合金电极层的厚度为200nm，制备方法中，适应性调整蒸镀时间。

[0075] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0076] 实施例7

[0077] 本实施例与实施例1的区别为，本实施例步骤(5)中的蒸镀的速率(即半金属惰性合金电极层的生长速率)为

[0078] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0079] 实施例8

[0080] 本实施例与实施例1的区别为，半金属惰性合金电极层为锡铋合金，气化温度为80℃。

[0081] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0082] 对比例1

[0083] 本对比例提供的钙钛矿太阳能电池，与实施例1的区别为，本对比例中不含有半金属惰性合金电极层。

[0084] 制备方法中，不进行步骤(5)。

[0085] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0086] 对比例2

[0087] 本对比例与实施例1的区别为，本对比例中选用铋层(即纯半金属电极层)来替代半金属惰性合金电极层，其中，气化温度为271.5℃。

[0088] 制备方法中，适应性选用铋作为蒸镀原料即可。

[0089] 其余制备方法与参数与实施例1保持一致。

[0090] 图2示出了实施例1‑3与对比例1提供的钙钛矿太阳能电池的稳定性对比图，从图2可以看出，本发明提供的钙钛矿太阳能电池，1000h左右的稳定性追踪后仍然保留90％以上效率，而对比例1提供的钙钛矿太阳能电池只能在500h内维持80％以上原始效率。

[0091] 将实施例1‑8与对比例1‑2提供的钙钛矿太阳能电池进行性能测试，测试条件为：2
AM1.5标准太阳光下，每组12个电池，每片电池上4个子电池，子电池有效面积16mm每个实验组或者对比例产生48个数据点，统计瞬时效率平均值，以及稳定性追踪1000小时以后剩余原始效率的百分比，结果如表1所示。

[0092] 表1

[0093]

[0094]

[0095]

[0096] 由表1可得：

[0097] 从实施例1‑3与实施例5‑6的数据结果可知，本发明中半金属惰性合金电极层的厚度在5～20nm内，钙钛矿太阳能电池的长期稳定性效果优异，且效率值仅仅有小幅度下降，在可控的范围；而厚度值过厚，超过20nm，随着厚度值的增加，影响光吸收，电流急剧下降，器件性能较差。

[0098] 从实施例1与实施例7的数据结果可知，半金属惰性合金电极层的生长速率过快，会导致得到的半金属惰性合金电极层致密度较低，虽然电池瞬时效率基本无变化，但是长期稳定性下降。

[0099] 从实施例1与实施例8的数据结果可知，半金属惰性合金的气化温度过高，对底部有机层有不可忽略的影响，表现在填充因子下降，过低，熔点甚至会低于器件稳定性测试要求的双85条件或者低于正常器件长时间运行时达到的最高温度点，导致本层低熔点合金融化变质影响器件长期稳定性。

[0100] 从实施例1与对比例1的数据结果可知，不加入半金属惰性合金电极层，虽然效率得到提升，但是长期稳定性极差。

[0101] 从实施例1与对比例2的数据结果可知，纯半金属电极层的引入，同样无法解决本身制备熔点较高对前序工艺有机层的影响，影响填充因子和器件效率。

[0102] 综上所述，本发明提供的钙钛矿太阳能电池结构中，半金属惰性合金电极层，膜层致密，且具有相对较低的电阻率和较温和的制备温度，不会损伤钙钛矿吸光层的质量，也不会影响载流子传输和收集，还可作为阻挡卤素离子迁移的屏障，防止与金属电极直接接触和反应，提高器件稳定性；从而提升了钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和器件性能。

[0103] 申请人声明，以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。