基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池及制备方法技术

本发明专利技术提供一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池及制备方法，属于太阳能电池技术领域。本发明专利技术包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述钙钛矿吸光层为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。本发明专利技术能够解决现有技术中存在的电池稳定性差、电流密度与电压曲线测试时迟滞的问题，可有效提高载流子迁移率及电池转换效率，提升电池稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于太阳能电池
，尤其涉及一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池及制备方法。
技术介绍
将太阳能转换为电能是解决环境污染和能源危机的重要途径之一，近年来以钙钛矿为吸光材料的新型太阳能电池发展迅猛，转化效率已提升至22.1%（认证效率），受到了越来越多的科研工作者的关注。钙钛矿吸光层作为钙钛矿太阳能电池的核心部分，其成膜质量对电池性能起着决定性作用。钙钛矿的成膜性与钙钛矿的制备工艺密切相关，目前主要的制备手段有溶液法、真空沉积法、蒸汽辅助沉积法等。其中溶液法因工艺简单、成本低廉而被广泛应用。但溶液法容易受多种因素的影响，制备的钙钛矿膜可控性较差。因此控制钙钛矿薄膜的生长、改善其成膜性能对提高器件的光电性能十分关键。为了调控钙钛矿吸光层薄膜生长过程、提高膜层质量，已经有许多技术被报道。在前驱体溶液中加入添加剂以调控钙钛矿形貌，是优化电池性能的一种简单、有效的手段。目前，许多研究组开展了在钙钛矿材料中掺杂添加剂的相关工作，例如：掺杂含氯的前驱体（CH3NH3Cl、NH4Cl、PbCl2）、无机酸（HI、次磷酸）、高分子聚合物（PEG、PVP等）等多种类型。研究表明添加剂的引入，可在一定程度上改善钙钛矿的成膜性与结晶性能，进而提高电池的光电转换效率或改善器件稳定性。但是某些添加剂改善钙钛矿成膜的机制尚不清晰，改善效果也具有一定的局限性，比如电池在工作时输出不稳定，且寿命较差，电流密度与电压（J-V）曲线测试时迟滞现象严重。因此，为加快推进钙钛矿太阳能电池的产业化进程，设计并开发新的添加剂，实现更为低廉易控的钙钛矿成膜工艺，对掌握高效、长寿命钙钛矿电池制备技术仍是极为重要的。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，能够解决现有技术中存在的电池稳定性差、电流密度与电压曲线测试时迟滞的问题，可有效提高载流子迁移率及电池转换效率，提升电池稳定性。为解决上述技术问题，本专利技术采取的技术方案是：基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述钙钛矿吸光层为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。进一步地，所述的钙钛矿吸光层薄膜厚度为80-800nm。进一步地，所述的电子传输层厚度为5-150nm。进一步地，所述的空穴传输层的厚度为5-300nm。本专利技术还提供一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池的制备方法，能够制备出上述技术方案中所提供的太阳能电池。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：一、在衬底上制备透明电极；二、在透明电极上制备电子传输层；三、在电子传输层的表面涂覆钙钛矿涂布液，制备钙钛矿吸光层；四、在钙钛矿吸光层的表面制备空穴传输层；五、在空穴传输层表面制备金属电极；所述钙钛矿吸光层为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。进一步地，步骤三中，所述钙钛矿涂布液的组成及质量份数为：钙钛矿前驱体材料30%-50%乙二炔小分子1%-5%有机溶剂45%-65%所述的乙二炔小分子可选自化学通式为NH3-(CH2)n-R1-X1-CH≡CH-X2-R2-(CH2)n-NH3的一种或多种，其中，R1、R2取代基彼此相同或不同，为脲基或氨基甲酸酯基；X1、X2取代基彼此相同或不同，为亚烷基-(CH2)n1-或含有一个或多个链中氧原子的亚烷基，n1为1-6；n的取值范围为0-8。所述钙钛矿涂布液配制用有机溶剂，选自二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、γ-丁内酯、二甲基乙酰胺中的一种或多种。所述钙钛矿前驱体材料选自化学通式为ABXnY3-n型晶体结构的一种或多种材料形成，其中A为Cs、H、NH4、CH3NH3、CH3CH2NH3、CH3(CH2)2NH3、CH3(CH2)3NH3、NH2=CHNH2中的一种或几种；B为Pb、Ge、Sn其中一种或两种；X、Y为Cl、Br、I、BF4、SCN、PF6其中一种或几种的组合物；n=1、2、3；将钙钛矿前驱体材料与乙二炔小分子均匀分散于有机溶剂中，形成钙钛矿涂布液；将钙钛矿涂布液通过刮涂法、旋涂法、喷涂法或喷墨打印在电子传输层表面，高温干燥退火得到聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。进一步地，步骤三中，退火温度为100-150℃，退火时间为30-120min。进一步地，步骤二中，所述电子传输层选自TiO2、SnO2、ZnO、PC61BM、PC71BM、TIPD、ICBA或C60衍生物中的任一种或多种。进一步地，步骤四中，所述空穴传输层选自Spiro-OMeTAD、PEDOT:PSS、P3HT、PCPDTBT、PTAA、NPB和TPD有机材料中的任意一种或选自CuSCN、CuI、NiO、V2O5和MoO3无机材料中的任意一种。进一步地，步骤五中，金属电极选自金属材料金、银、铜、铝中的一种或几种，或选自碳、透明导电银线膜、透明PEDOT：PSS导电膜材料中的一种。本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术的钙钛矿吸光层薄膜为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜，是在钙钛矿前驱体溶液中加入含多种功能团的乙二炔小分子，乙二炔小分子中的端氨基可以与钙钛矿前驱体材料相互作用，调控钙钛矿的结晶与生长过程，使其形成三维交互的网络结构，增加吸光层薄膜的晶粒尺寸及致密性，获得高质量钙钛矿薄膜，显著提高电池的光电性能及其稳定性。（2）本专利技术所采用的乙二炔小分子，在吸光层薄膜加热退火过程中会发生拓扑聚合形成聚乙二炔导电聚合物，在钙钛矿薄膜中碘的掺杂作用下，聚乙二炔具有一定的电荷传输能力，在钙钛矿晶粒间原位形成有机导电网络，有利于光生载流子的传输，降低载流子复合几率，提高器件输出的稳定性、消除器件的测试迟滞效应。（3）本专利技术中通过引入乙二炔作为钙钛矿前驱体溶液的添加剂，实现更为低廉易控的钙钛矿成膜工艺，获得了高效、稳定性优异的钙钛矿电池制备技术。附图说明图1为本专利技术基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池实施例的结构示意图。图中：1-衬底、2-透明电极、3-电子传输层、4-钙钛矿吸光层、5-空穴传输层、6-金属电极。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，实施例结构参见图1，包括衬底1，设置在衬底1上的透明电极2，在透明电极2上形成电子传输层3，在电子传输层3上沉积钙钛矿吸光层4，在钙钛矿吸光层4上形成空穴传输层5，在空穴传输层5上制备金属电极6，钙钛矿吸光层4为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。本专利技术提供的太阳能电池，通过在钙钛矿前驱体溶液中加入含多种功能团的乙二炔小分子，分子中的端氨基使钙钛矿晶粒间产生交联，调控钙钛矿晶体的形成及生长，获得高质量钙钛矿薄膜，提升电池稳定性；同时在加热退火过程中，薄膜中的乙二炔小分子发生拓扑聚合生成聚乙二炔导电聚合物，可有效提高载流子迁移率及电池转换效率，消除电池测试时的迟滞现象。本专利技术还提供一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，其特征在于，包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述钙钛矿吸光层为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。

【技术特征摘要】
1.基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，其特征在于，包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和金属电极，所述钙钛矿吸光层为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。2.如权利要求1所述的基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，其特征在于，所述的钙钛矿吸光层薄膜厚度为80-800nm。3.如权利要求1所述的基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，其特征在于，所述的电子传输层厚度为5-150nm。4.如权利要求1所述的基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池，其特征在于，所述的空穴传输层的厚度为5-300nm。5.一种基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：一、在衬底上制备透明电极；二、在透明电极上制备电子传输层；三、在电子传输层的表面涂覆钙钛矿涂布液，制备钙钛矿吸光层；四、在钙钛矿吸光层的表面制备空穴传输层；五、在空穴传输层表面制备金属电极；所述钙钛矿吸光层为聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜。6.如权利要求5所述的基于聚乙二炔/钙钛矿纳米复合薄膜的太阳能电池的制备方法，其特征在于，步骤三中，所述钙钛矿涂布液的组成及质量份数为：钙钛矿前驱体材料30%-50%乙二炔小分子1%-5%有机溶剂45%-65%所述的乙二炔小分子可选自化学通式为NH3-(CH2)n-R1-X1-CH≡CH-X2-R2-(CH2)n-NH3的一种或多种，其中，R1、R2取代基彼此相同或不同，为脲基或氨基甲酸酯基；X1、X2取代基彼此相同或不同，为亚烷基-(CH2)n1-或含有一个或多个链中氧原子的亚烷基，n1为1-6；n的取值范围为0-8，所述钙钛矿涂布液配制用有机溶剂，选自二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡...

【专利技术属性】
技术研发人员：张雷，李锋，杨刚，刘莹，陈志军，白雪天，李英叶，
申请(专利权)人：英利集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13