一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，通过在电子传输层或空穴传输层表面设置液晶层，改善了电子传输层或空穴传输层薄膜形貌，钝化其表面缺陷，有效阻挡反向载流子的传输，防止漏电的产生，降低了钙钛矿吸光层中所产生电子和空穴的复合几率，提高了电池的光电转换效率和稳定性。同时，本发明专利技术的液晶层采用低温溶液法制备，适合大面积钙钛矿光伏电池的卷对卷工业化生产，工艺简单、制造成本低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及太阳能电池
，特别涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
近年来，随着能源枯竭和环境恶化的日趋严重，太阳能电池技术和市场发展迅猛，尤其是晶硅太阳能电池在全球范围内得到广泛应用，但随着新兴产业及军工特殊领域的发展，对太阳能电池提出了更高的要求，如高效率、低成本、柔性、轻薄、高比功率、可卷绕式加工等。钙钛矿太阳能电池(PSC)因其具备以上全部要求而成为研发与产业化的热点。钙钛矿太阳能电池起源于染料敏化太阳能电池(DSSC，含液体电解质)，后来经过固态DSSC、多孔结构PSC(含多孔层)最终演变成与有机薄膜太阳能电池(OPV)相同的平面结构PSC(无多孔层)。平面结构PSC可以增加器件优化的灵活性，为发展叠层结构的PSC电池提供可能，并且有利于对电池器件物理性能的开展研究。平面结构PSC器件为将钙钛矿吸光层置于p型空穴传输层和n型电子传输层中，形成p-i-n型的“三明治结构”，空穴传输层和电子传输层统称为电极修饰层。但是，对于平面结构钙钛矿型太阳能电池，还存在以下两方面的问题：(1)电极修饰层通常采用电子传输材料(如TiO2、ZnO)或空穴传输材料(MoO3、Spiro-OMeTAD)制成，这种方式钙钛矿吸光层中所产生的电子和空穴复合几率高，影响电池光电性能；(2)钙钛矿吸光层通过液相法直接沉积在电极修饰层表面，由于钙钛矿溶液CH3NH3PbI3在成膜过程中快速自组装成纳米级钙钛矿微小晶粒，钙钛矿晶粒成核和膜层生长方向难以控制，降低了载流子的扩散长度,电子和空穴复合严重。
技术实现思路
本专利技术要求解决的技术问题是针对已有技术存在的问题和不足，提供一种含有液晶层的钙钛矿型太阳能电池。通过在电极修饰层表面沉积液晶层，改善电极修饰层薄膜形貌，钝化电极修饰层表面缺陷，降低钙钛矿吸光层中所产生电子和空穴的复合几率，提高电池光电转换效率和稳定性。本专利技术所要解决的另一技术问题是提供这种钙钛矿型太阳能电池的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种钙钛矿型太阳能电池，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、电子传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极。一种钙钛矿型太阳能电池，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、空穴传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、电子传输层和对电极。上述钙钛矿型太阳能电池，所述液晶层由热致液晶分子制成的薄膜；所述热致液晶分子的液晶态温度为25-120℃。上述钙钛矿型太阳能电池，所述液晶层厚度为0.5-15nm，优选1-10nm。上述钙钛矿型太阳能电池，所述液晶层的涂布液的组成及质量份数为：热致液晶分子0.5-10％；有机溶剂90-99.5％。上述钙钛矿型太阳能电池，所述有机溶剂为三氯甲烷、二氯苯、氯苯、甲苯、二甲苯、四氢化萘、十氢化萘、正十二烷、正十四烷、二氯甲烷或四氢呋喃中的一种或多种。上述钙钛矿型太阳能电池，所述钙钛矿吸光层由化学通式为ABXmY3-m型晶体结构的一种或多种材料制成，其中A为CH3NH3、C4H9NH3或NH2＝CHNH2；B为Pb、Sn；X，Y为Cl、Br、I；m为1、2或3，所述钙钛矿吸光层的厚度可为100-1000nm，优选150-550nm。上述钙钛矿型太阳能电池，所述电子传输层可以采用n型半导体材料制成，所述n型半导体材料优选为TiO2、SnO2、TIPD、PFN、PN4N、PEIE、ZnO、PC61BM、PC71BM、ICBA、C60-bis或BCP中的任意一种；所述的电子传输层的厚度为5-150nm，优选10-50nm。上述钙钛矿型太阳能电池，所述空穴传输层可以采用p型半导体材料制成，所述p型半导体材料优选为CuI、CuSCN、NiO、Spiro-OMeTAD、P3HT、PCPDTBT、PEDOT:PSS、NPB、TPD、V2O5或MoO3中的任意一种；所述的空穴传输层的厚度为5-500nm，优选10-150nm。一种钙钛矿型太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)透明电极蚀刻、清洗、干燥、紫外/臭氧处理；(2)在透明电极表面沉积电子传输层或空穴传输层材料，制成电子传输层或空穴传输层薄膜；(3)制备液晶层：将所述的热致液晶分子材料分散于有机溶剂中，配制成透明均匀的液晶层溶液；将所述溶液通过刮涂法、旋涂法、喷涂法、喷墨打印法或提拉法沉积在电子传输层或空穴传输层表面制成一薄膜层；将所述薄膜层在30-150℃下干燥10-120min，制成液晶层；(4)在液晶层表面沉积钙钛矿晶体结构材料，制成钙钛矿吸光层薄膜；(5)在钙钛矿吸光层表面沉积空穴传输层或电子传输层材料，制成空穴传输层或电子传输层薄膜；(6)在空穴传输层或电子传输层表面制备对电极。与现有技术相比，本专利技术的有益效果表现在：(1)本专利技术通过在电极修饰层表面沉积液晶层，利用液晶分子有序性和流动性的自组装功能，可改善电极修饰层薄膜形貌，钝化电极修饰层表面缺陷，有效阻挡了反向载流子的传输，防止了漏电的产生，显著降低了钙钛矿吸光层中所产生电子和空穴的复合几率，进而显著提高电池光电转换效率和稳定性。(2)本专利技术的液晶层在液晶态处理下，具有流动性并且有序，可调控其表面钙钛矿吸光层的微观形貌，诱导钙钛矿晶体有序生长，提高结晶规整度，降低钙钛矿晶体内部缺陷，制成高结晶性均匀钙钛矿吸光层，有效提高钙钛矿层内部载流子扩散长度，降低电子与空穴在钙钛矿吸光层内部及界面的复合，进而显著提高电池的光电转换效率和稳定性。(3)本专利技术的液晶层，可采用低温溶液法制备，更适合大面积钙钛矿光伏电池的卷对卷工业化生产，工艺简单、制造成本低。附图说明图1是本专利技术一种钙钛矿型太阳电池的结构示意图；图2是本专利技术另一种电池结构示意图。图中各标号表示为：1-衬底、2-透明电极、3-电子传输层、4-液晶层、5-钙钛矿吸光层；6-空穴传输层；7-对电极。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术的其他实施方式。图1是本专利技术的一种太阳能电池结构示意图，它包括衬底1，设置在衬底1上的透明电极2，在透明电极2上形成半导体材料的电子传输层3，在电子传输层3上形成液晶层4，在液晶层4上形成的钙钛矿吸光层5，在钙钛矿吸光层5上形成的空穴传输层6，在空穴传输层6上形成的对电极7。图2是本专利技术另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、电子传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、电子传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极。
2.一种钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、空穴传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、电子传输层和对电极。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述液晶层是由热致液晶分子形成的薄膜；所述热致液晶分子的液晶态温度为25-120℃。
4.根据权利要求1或2所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述液晶层厚度为0.5-15nm，优选1-10nm。
5.根据权利要求4所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述液晶层由液晶涂布液涂布形成，液晶涂布液的组成及质量份数为：
热致液晶分子0.5-10%；
有机溶剂90-99.5%。
所述有机溶剂为三氯甲烷、二氯苯、氯苯、甲苯、二甲苯、四氢化萘、十氢化萘、正十二烷、正十四烷、二氯甲烷或四氢呋喃中的一种或多种。
6.根据权利要求5所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿吸光层由化学通式为ABXmY3-m型晶体结构的一种或多种材料形成，其中A为CH3NH3、C4H9NH3或NH2=CHNH2；B为Pb、Sn；X，Y为Cl、Br、I；m为1、2或3，所述钙钛矿吸光层的厚度为100-1000nm。
7.根据权利要求6所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层采用n型半导体材料制成，所述n型半导体材料优选为TiO2、SnO2、TIPD、PFN、PN4N、PEIE、ZnO、PC61BM、PC71BM、ICBA、C60-bis或BCP中的任意一种；所述电子传输层的厚度为5-150nm。
8.根据权利要求7所述的钙钛矿型太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层采用...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯丽新，王亚丽，王金凤，刘贤豪，程媛，王佳，李鹤，宋鑫，赵伟涛，
申请(专利权)人：中国乐凯集团有限公司，
类型：发明
国别省市：河北;13