本发明专利技术公开了一种空穴传输体系不含有离子添加剂的钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的衬底、透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和顶电极，其中：所述吸光层为具有钙钛矿结构的光伏材料吸光层；所述空穴传输层不含有离子型添加剂，而是进行了非离子材料掺杂或界面修饰。本发明专利技术的钙钛矿太阳能电池利用常见的非离子型的p型掺杂材料对空穴传输材料进行掺杂或界面修饰，能够达到与离子添加剂类似的效果，同时能够有效避免水分子的影响，提高器件稳定性。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种空穴传输体系不含有离子添加剂的钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池包括依次层叠的衬底、透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和顶电极，其中：所述吸光层为具有钙钛矿结构的光伏材料吸光层；所述空穴传输层不含有离子型添加剂，而是进行了非离子材料掺杂或界面修饰。本专利技术的钙钛矿太阳能电池利用常见的非离子型的p型掺杂材料对空穴传输材料进行掺杂或界面修饰，能够达到与离子添加剂类似的效果，同时能够有效避免水分子的影响，提高器件稳定性。【专利说明】空穴传输体系不含有离子添加剂的钙钛矿太阳能电池
本专利技术属于I丐钛矿太阳能电池(PSC, PerovskiteSolar Cells)领域,特别涉及一种不含有离子添加剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置，又称为光伏电池。钙钛矿太阳能电池是目前较为新颖的一类太阳能电池，主要是利用类似ABX3 (A = CH3NH3+等；B = Pb2+，Sn2+等；X = CF, Br_，Γ等)具有钙钛矿结构的光伏材料来实现光电转换，具有制作工艺简单、原材料来源广泛、造价低廉等优点。钙钛矿太阳能电池的基本结构包括衬底、透明电极、电子传输材料、I丐钛矿材料吸光层、空穴传输材料和金属电极。钙钛矿太阳能电池将光能转换成电能可以分为三个主要过程:(I)吸光层吸收一定能量的光子并产生电子空穴对(激子)；(2)激子扩散至材料界面处时发生电荷分离；(3)电子沿电子传输材料经电极进入外电路，空穴沿空穴传输材料经电极进入外电路，通过负载完成光能向电能的转换。 表征太阳能电池性能的参数主要有短路电流密度、开路电压、填充因子、光电转换效率。太阳能电池在短路条件下的单位受光面积的工作电流称为短路电流密度(Js。)，此时电池输出的电压为零；太阳能电池在开路条件下的输出电压称为开路电压(V。。)，此时电池输出的电流为零；填充因子(FF)是单位受光面积的最大输出功率Pmax与JseV。。的比值，FF越大，太阳能电池的性能越好；光电转换效率是单位受光面积的最大输出功率Pmax与入射的太阳光能量密度Pin的百分比，它是太阳能电池的一个重要输出特性，主要与器件结构、结的特性、材料性质和环境等有关。 2012 年，文献 “Μ.M.Lee, J.Teuscher, T.Miyasak, T.N.Murakami, H.J.Snaith, Science2012, 338，643.，，与文献 “H.S.Kim, C.R.Lee, J.H.1m, K.B.Lee, T.Moehl, A.March1ro, S.J.Moon, R.H.Baker, J.H.Yum, J.E.Moser, M.Gralzcl, N.G.Park, Sc1.Rep.2012，2，591.”分别报道了高效的固态钙钛矿太阳能电池，其采用离子电解质掺杂进入空穴传输材料中，大大提高了空穴迁移率，有效抑制了载流子复合，因此在后续的研究中，离子添加剂掺杂是一种普遍常用的手段。然而由于离子添加剂的亲水性，其暴露在湿度较大的环境中时很容易吸潮，而钙钛矿材料的晶格结构会被水分子破坏，从而会影响电池寿命O
技术实现思路
钙钛矿材料本身容易受环境湿度的影响，为了保证电池长期的使用寿命，本专利技术的目的在于提供了一种不含有离子添加剂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本专利技术制备的钙钛矿太阳能电池在保证空穴传输性能的同时由于本身不具有离子添加剂，能够很好地降低湿度对于电池寿命的损耗，改善器件的稳定性。 本专利技术的技术方案如下: —种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的衬底、透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和顶电极，其中:所述吸光层为具有I丐钛矿结构的光伏材料吸光层；其特征在于，所述空穴传输层不含有离子添加剂，而是在空穴传输层中掺杂有非离子型添加剂，或者空穴传输层与顶电极的界面被非离子型添加剂修饰。 空穴传输层主要是将空穴传输至金属电极，厚度通常为50?200nm。空穴传输层中的空穴传输材料一般为具有较高空穴迁移率的有机材料如P3HT、PAN、PTAA等导电高分子材料，以及TAPC、NPB、TPD等小分子空穴传输材料。 本专利技术钙钛矿太阳能电池的空穴传输层不含有离子型添加剂，而是进行了非离子材料掺杂或界面修饰，如可以采用HAT-CN，F4TCNQ等非离子p型掺杂材料，与含有离子型添加剂的器件相比较同样具有较高的空穴迁移率。 适用于本专利技术钙钛矿太阳能电池的衬底材料有玻璃、柔性塑料等透明材料。另外，也可以在衬底的照光一侧(外侧)表面添加减反膜，提高入射光的透过率。 透明电极位于衬底的内侧表面上，透明电极的材料可以是铟锡氧化物(ITO, Indium Tin Oxides)、氟锡氧化物(FTO, fluorine doped tin oxide)、招锋氧化物(AZO, aluminium-doped zinc oxide)等常用的透明电极材料。常采用ITO导电玻璃或FTO导电玻璃作为衬底和透明电极。 电子传输层所用电子传输材料常见的为金属氧化物，如氧化钛(T12)、氧化锌(ZnO)等。电子传输层是金属氧化物聚集在透明电极上形成的薄膜，一般为厚度在1nm?10nm之间的致密层，起到传输电子的作用，同时防止电极与吸光层直接接触。 吸光层采用钙钛矿晶体制备，其作用是吸收入射光。本专利技术器件的吸光层由钙钛矿材料的致密晶粒构成，厚度在100?600nm。常见的钙钛矿材料主要有类似ABX3 (A =CH3NH3+等；B = Pb2+，Sn2+等；X = CF, Br_，Γ等)型晶体结构的有机无机杂化钙钛矿，其能隙在1.0?2.5eV。 顶电极一般采用具有较高功函数的材料，如金、银、铜、铝等金属以及导电碳材料，可以采用真空镀膜、以及溶液成膜等制作方法。 本专利技术的非离子添加剂的钙钛矿太阳能电池，在器件中对空穴传输层进行掺杂或修饰，从而替代离子添加剂的作用，其制备方法包括以下步骤: I)在衬底和透明电极上采用电子传输材料制备致密膜，形成电子传输层； 2)在电子传输层上生长钙钛矿材料，形成吸光层； 3)在吸光层上制备不含有离子添加剂，但掺杂有非离子型添加剂的空穴传输层:可以在空穴传输材料的溶液中加入非离子型的P型掺杂材料，采用溶液旋涂法制备空穴传输层；或者，采用真空蒸镀法制备空穴传输层，并利用非离子型的P型掺杂材料对该空穴传输层进行界面修饰； 4)在空穴传输层上制备顶电极。 上述步骤I)电子传输层可以通过在透明电极上涂布电子传输材料的前驱体溶液，然后高温烧结制备。 上述步骤I)也可以利用电子传输材料制备成多孔薄膜，厚度在400?600nm，然后在步骤2)将钙钛矿材料生长于该多孔薄膜的孔隙中。 上述步骤3)中，如果采用溶液旋涂法制备空穴传输层，非离子添加剂可以在溶液中加入，掺杂比(非离子添加剂与空穴传输材料的比例)约为0.1%?5% (质量)。如果采用真空蒸镀法制备空穴传输层，可以在空穴传输层与顶电极之间，引入非离子添加剂薄层来进行界面修饰，薄层厚度约I?1nm改善空穴传输层和金属电极界面接触特性。 上述步骤4)可以采用真空镀膜或溶液成膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的衬底、透明电极、电子传输层、吸光层、空穴传输层和顶电极，其中：所述吸光层为具有钙钛矿结构的光伏材料吸光层；其特征在于，所述空穴传输层不含有离子添加剂，而是在空穴传输层中掺杂有非离子型添加剂，或者空穴传输层与顶电极的界面被非离子型添加剂修饰。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖立新，马英壮，郑灵灵，卢泽林，陈志坚，曲波，王树峰，龚旗煌，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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