本發(fā)明屬于光電器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無鉛鈣鈦礦太陽能電池。

背景技術(shù)：

由于化石能源的不可再生性、使用時的環(huán)保及溫室效應(yīng)問題，太陽能電池器件得到了廣泛關(guān)注。但是，現(xiàn)有的硅系太陽能電池由于成本高，成為阻礙普及的要因。近幾年來，基于鉛鈣鈦礦材料作為吸光材料的鈣鈦礦太陽能電池取得了飛速的發(fā)展，太陽能電池器件的效率達(dá)到了20%以上，具有一定的商業(yè)應(yīng)用價值。

鉛鈣鈦礦太陽能電池可分為多孔結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)兩種，平面結(jié)構(gòu)以透明電極又分為平面p-i-n結(jié)構(gòu)和平面n-i-p結(jié)構(gòu)。由于平面結(jié)構(gòu)制備工藝簡單，非常適合薄膜太陽能電池的應(yīng)用。其中平面n-i-p鉛鈣鈦礦太陽能電池的基本結(jié)構(gòu)是透明導(dǎo)電襯底（fto）/電子傳輸層/鉛鈣鈦礦層/空穴傳輸層/金屬電極（au）。

器件中鈣鈦礦層材料對光生載流子的產(chǎn)生和載流子傳輸?shù)较鄳?yīng)的載流子傳輸層起到了重要的作用。目前高效率的鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦材料一般是含有二價鉛離子的三元鹵化物半導(dǎo)體，由于鉛元素的毒性，這一類太陽能電池在壽命結(jié)束后的處理將是一個環(huán)保的大問題。因此，尋找無毒環(huán)保鈣鈦礦材料是發(fā)展這類太陽能電池的迫切命題。

目前鈣鈦礦太陽能電池中的另一個急需解決的問題是器件的使用壽命問題，除了鈣鈦礦材料本身對水氧敏感外，為了提高效率，空穴傳輸層材料一般使用摻雜的有機(jī)小分子化合物,如2,2,7,7’-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9’-螺二芴（spiro-ometad），這類有機(jī)材料對熱的耐受性一般較弱，對長時間連續(xù)在強(qiáng)烈陽光照射下的使用不可避免的具有劣勢。因此，提高空穴傳輸層熱穩(wěn)定性是鈣鈦礦太陽能電池發(fā)展的另一個重要課題。

同樣為了有效的從空穴傳輸層中收集空穴載流子，鈣鈦礦的金屬電極多數(shù)使用具有高功函數(shù)的貴重金屬如銀、鉑和金等來作為與空穴傳輸層連接的電極。這類電極的成本對鈣鈦礦太陽能器件的應(yīng)用也是一個不可忽略的影響因素。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

解決的技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有鈣鈦礦太陽能電池存在的鈣鈦礦材料的鉛元素毒性、空穴傳輸層熱穩(wěn)定性差、金屬電極成本高的技術(shù)問題，提供一種新型全無機(jī)無鉛鈣鈦礦太陽能電池器件。

技術(shù)方案：一種無鉛鈣鈦礦太陽能電池，在基板上包括由下至上依次設(shè)置的第一電極、第一載流子傳輸層、無鉛鈣鈦礦化合物層、第二載流子傳輸層和第二電極；

所述無鉛鈣鈦礦化合物層由鈣鈦礦化合物制成，該鈣鈦礦化合物的化學(xué)式為abx3-nyn，其中，0≤n≤3，a為正一價陽離子，b為非鉛的正二價金屬離子，x、y選自f^-1，cl^-1，br^-1或i^-1；

所述第一電極為透明導(dǎo)電電極，第二電極為不透明金屬電極；

所述第一載流子傳輸層、第二載流子傳輸層由具有電子傳輸特性的n型金屬化合物或具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物制成。

進(jìn)一步地，所述無鉛鈣鈦礦化合物層的厚度為30-1000nm。

進(jìn)一步地，所述透明導(dǎo)電電極選自ito，azo或fto中的一種。

進(jìn)一步地，所述不透明金屬電極由鋁、銅、鉬、鎢、鎂、鋅、鈷、鎳或鐵中的一種或幾種制成。

進(jìn)一步地，所述具有電子傳輸特性的n型金屬化合物為氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鋁、氧化鈮、氧化釔、錫酸鋅或鈦酸鋇中的一種或幾種。

進(jìn)一步地，所述具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物為碘化亞銅、硫化鉬、氧化鉬或氧化鎢中的一種或幾種。

進(jìn)一步地，所述透明導(dǎo)電電極為azo或fto，所述第一載流子傳輸層為電子傳輸層、由具有電子傳輸特性的n型金屬化合物制成，所述第二載流子傳輸層為空穴傳輸層、由具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物制成。

進(jìn)一步地，所述透明導(dǎo)電電極為ito，所述第一載流子傳輸層為空穴傳輸層、由具有空穴傳輸特性的p型金屬化合物制成，所述第二載流子傳輸層為電子傳輸層、由具有電子傳輸特性的n型金屬化合物制成。

進(jìn)一步地，所述電子傳輸層的厚度為10-500nm。

進(jìn)一步地，所述空穴傳輸層的厚度為20-1000nm。

有益效果：

1.使用無鉛鈣鈦礦活性材料，避免了器件失效后回收的環(huán)保問題；

2.對于空穴傳輸層使用無機(jī)的金屬化合物半導(dǎo)體，解決了使用有機(jī)半導(dǎo)體空穴傳輸材料的耐熱性問題；

3.金屬電極不使用貴金屬銀、鉑和金，降低了器件制備中電極材料價格昂貴的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的無鉛鈣鈦礦太陽能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為實(shí)施例1中無鉛鈣鈦礦太陽能電池的電流密度-電壓曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。所述方法如無特別說明均為常規(guī)方法。所述原材料如無特別說明均能從公開商業(yè)途徑而得，并不進(jìn)行進(jìn)一步的提純處理。

如圖1所示，本發(fā)明所述的鈣鈦礦太陽能電池，其結(jié)構(gòu)包括第一電極，可以為但不限于在玻璃基板或柔性襯底上的ito、fto或azo透明導(dǎo)電薄膜；第一載流子傳輸層，根據(jù)所使用第一電極特性，第一載流子傳輸層具有電子或空穴傳輸特性，具體的但不限于當(dāng)使用ito透明電極時，第一載流子傳輸層具有空穴傳輸特性，此時第一載流子傳輸層可稱為空穴傳輸層，當(dāng)使用fto或azo透明電極時，第一載流子傳輸層具有電子傳輸特性，此時第一載流子傳輸層可稱為電子傳輸層；無鉛鈣鈦礦層；第二載流子傳輸層，第二載流子傳輸層中的載流子傳輸特性與第一載流子傳輸層中的載流子傳輸特性相反，即當(dāng)?shù)谝惠d流子傳輸層為電子傳輸層時，第二載流子傳輸層為空穴傳輸層；最后在第二載流子傳輸層上制備不包含貴金屬銀、鉑和金的金屬電極，金屬電極可以為鋁、銅、鉬、鎢、鎂、鋅，鈷，鎳和鐵或其中幾種金屬的合金并具有高于50%以上的反射率，優(yōu)選的金屬電極為鋁或鋁合金制備。

優(yōu)選的電子傳輸層由金屬化和物半導(dǎo)體制備，可以為但不限于氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鋁、氧化鈮、氧化釔，錫酸鋅以及鈦酸鋇或幾種化合物的混合，厚度為10-500nm。

優(yōu)選的空穴傳輸層由金屬化和物半導(dǎo)體制備，可以為但不限于碘化亞銅、硫化鉬、氧化鉬、氧化鎢或其中幾種化合物的混合，厚度為20-1000nm。

優(yōu)選的無鉛鈣鈦礦層可由abx3-nyn表示，其中0≤n≤3；a為具有正一價的陽離子，包括但不限于堿金屬離子，過渡金屬離子或有機(jī)官能團(tuán)離子；b為非鉛的具有正二價的金屬離子，x和y為鹵族元素負(fù)一價離子f^-1，cl^-1，br^-1和i^-1?？梢詾榈幌抻赾ssnbr3，cssni3，cssnbri2和cssnbr2i等，厚度為30-1000nm。

實(shí)施例1

將覆蓋有氟元素?fù)诫s氧化錫（fto）的玻璃基底依次用洗滌劑水溶液、去離子水、酒精和丙酮超聲洗滌后，在基底上濕法旋涂tio2，厚度為100nm。

然后旋涂法制備厚度為200nm的cssnbr3無鉛鈣鈦礦層，200度下熱處理20分鐘后，放入真空蒸鍍機(jī)內(nèi)熱蒸鍍60nm的氧化鉬薄膜和150nm的鋁電極。如圖2所示，所制備的太陽能電池具有7.85macm^-2的短路電流，0.33v的開路電壓，填充因子為0.34，電池效率為0.88%。

實(shí)施例2

將覆蓋有氧化銦錫（ito）的玻璃基底依次用洗滌劑水溶液、去離子水、酒精和丙酮超聲洗滌后，使用真空蒸鍍法，在基底上制備厚度為150nm的cui，再連續(xù)制備100nm的snbr2和100nm的csbr薄膜，然后濕法制備100nm的氧化鋅薄膜，最后真空制備150nm的含5%li的鋁合金電極，將制備好的器件在無水無氧環(huán)境下230度下退火60分鐘使得snbr2和csi發(fā)生反應(yīng)生成cssnibr2無鉛鈣鈦礦層。所制備的太陽能電池具有7.56macm^-2短路電流，0.31v的開路電壓，填充因子為0.32，電池效率為0.76%。

以上，本發(fā)明的無鉛鈣鈦礦型太陽能電池由實(shí)施例1結(jié)果可知，使用由cssnbr3鈣鈦礦化合物，無機(jī)的電子傳輸層tio2和無機(jī)的氧化鉬空穴傳輸層可以得到太陽能電池。并且，從實(shí)施例2可知，鈣鈦礦層的制備形態(tài)以及使用不同透明電極，以及不同的電子傳輸層和空穴傳輸層都可以得到無鉛的鈣鈦礦太陽能電池。

上面參照附圖說明了本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)，但本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施形態(tài)。在本發(fā)明技術(shù)思想范圍內(nèi)可以作種種變更，它們都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。