一种钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术属于太阳能电池领域，具体为一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次布置的透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层；所述空穴传输层采用红荧烯制备而成，或者采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备而成，其中PEDOT:PSS与红荧烯的厚度比为5：（3‑5）。其相对于现有技术转换效率、开路电压更高。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池
本专利技术属于太阳能电池领域，具体为一种钙钛矿太阳能电池。
技术介绍
随着能源的消耗，能源危机及环境问题已经成为当前世界面临的重要问题，而太阳能光伏发电成为解决人类能源危机与环境污染的理想方案。高的功率转换效率和低的制造成本是能普及推广光伏发电的前提条件。因此，高效率和低成本是人们在太阳能电池领域不断追求的目标。在当前太阳能电池发展领域，硅电池以其成熟的工艺、高的光电转化效率在各类光伏器件中占主导地位，但昂贵的价格限制了这类电池的广泛应用。自2009年首次报道钙钛矿太阳电池，钙钛矿太阳电池近年来得到快速发展，2016年其实验室功率转换效率已达到25.5%，高效率、低成本、制备工艺多样化的特点使其成为最具市场潜力的新型太阳能电池。倒置结构平面异质结钙钛矿太阳电池一般由透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、对电极构成。在此结构体系中，目前广泛使用的空穴传输层是酸性聚合物，具有成本高、稳定性差、与钙钛矿吸光层能级不匹配等问题，限制了钙钛矿太阳电池长期使用的要求。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种钙钛矿太阳能电池，其相对于现有技术转换效率、开路电压更高。为实现上述技术目的，本专利技术采取的具体技术方案为，一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次布置的透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层；所述空穴传输层采用红荧烯制备而成，或者采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备而成，其中PEDOT:PSS与红荧烯的厚度比为5：（3-5）。作为本专利技术改进的技术方案，当空穴传输层采用红荧烯制备时，厚度为30-50nm。作为本专利技术改进的技术方案，当空穴传输层采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备时，厚度为70-90nm。作为本专利技术改进的技术方案，空穴传输层是采用真空蒸镀法、溶液旋涂法或者原子层沉积法覆于钙钛矿吸光层上。作为本专利技术改进的技术方案，透明导电电极层采用ITO、FTO、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、银纳米线或网格状金属制备而成。作为本专利技术改进的技术方案，钙钛矿吸光层采用ABX3结构的材料制备而成，A为CH3NH3、NH=CHNH3、HOOC-(CH2)4-NH3或Cs；B为Pb或Sn；X为卤素。作为本专利技术改进的技术方案，所述的钙钛矿吸光层采用液相一步法、液相两步法、气相共蒸发沉积法或气相辅助液相法制备而成。作为本专利技术改进的技术方案，所述电子传输层采用PC61BM或PC71BM制备而成。作为本专利技术改进的技术方案，所述空穴阻挡层采用2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲制备而成。作为本专利技术改进的技术方案，所述的金属电极层采用铝、银或金制备而成。有益效果本申请中将红荧烯应用于太阳能电池中，有效避免光电转化产生的空穴在空穴传输层中的损耗，增强了钙钛矿电池的吸光层成膜特性、提高了太阳能电池的光电转化效率与开路电压；并可采用现有技术中的溶液法或真空蒸镀法加工制造，也可直接用于现有钙钛矿太阳能电池的改进，有效降低钙钛矿太阳电池的成本。附图说明图1是实施例中本专利技术所使用的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；图2是实施例中标准太阳光照（AM1.5G,100mW·cm-2）下基于不同空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线；图3是实施例中采用不同空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的外量子效率曲线；图中，1、透明导电电极层；2、空穴传输层；3、钙钛矿吸光层；4、电子传输层；5、空穴阻挡层；6、金属电极层。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本专利技术实施例附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示的一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次布置的透明导电电极层1、空穴传输层2、钙钛矿吸光层3、电子传输层4、空穴阻挡层5以及金属电极层6；所述空穴传输层采用红荧烯制备而成，或者PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备而成，其中PEDOT:PSS与红荧烯的厚度比为5：（3-5）；当空穴传输层采用红荧烯制备时，厚度为30-50nm；当空穴传输层采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备时，厚度为70-90nm。透明导电电极层采用ITO、FTO、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、银纳米线或网格状金属制备而成；空穴传输层是采用真空蒸镀法或者原子层沉积法覆于钙钛矿吸光层上；钙钛矿吸光层采用ABX3结构的材料制备而成，A为CH3NH3、NH=CHNH3、HOOC-(CH2)4-NH3或Cs，B为Pb或Sn；X为卤素，优选为：Cl、Br或I；所述的钙钛矿吸光层采用液相一步法、液相两步法、气相共蒸发沉积法或气相辅助液相法制备而成；所述的电子传输层采用PC61BM或PC71BM制备而成；所述的金属电极层采用铝、银或金制备而成。本专利技术的一种钙钛矿太阳电池，其空穴传输层选用有机小分子半导体红荧烯，其具有的高迁移率，可以有效提取解离的激子，提高太阳能电池中载流子的整体传输速率；具有的疏水特性有助于钙钛矿吸光层成膜；其最高位占据分子轨道与钙钛矿吸光层的最高位占据分子轨道匹配，有助于提高开路电压；其低廉的价格、可溶液加工或真空蒸镀加工的特性有助于降低钙钛矿太阳电池的成本。以不同空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的应用为例，介绍了不同空穴传输层对钙钛矿太阳能电池性能的提升作用，具体设计方法见下文具体应用。具体应用A、ITO材质的透明导电电极层（后文也成为ITO阳极玻璃基底）清洗：使用丙酮与乙醇棉球擦洗，再用丙酮、乙醇和去离子水各超声10分钟后，100℃烘干。B、空穴传输层2的制备：以三个空穴传输层进行对比，具体如下，（1）空穴传输层为现有技术中的聚（3,4-亚乙基二氧噻吩）：聚（4-苯乙烯磺酸）紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底15分钟，PEDOT:PSS（孔径0.45μm水系过滤器过滤两次）以2000rpm旋涂至ITO阳极玻璃基底上，旋转时间是60s，然后烘箱120℃干燥30分钟，以上述空穴传输体系制备的太阳能电池为器件一；（2）空穴传输层为红荧烯（5,6,11,12-四苯基并四苯）：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底15分钟，红荧烯溶液（溶于氯苯溶剂30mg/ml）以3000rpm旋涂至ITO阳极玻璃基底上，旋转时间是30s，然后热台上110℃干燥20分钟，以上述空穴传输体系制备的太阳能电池为器件二；（3）空穴传输层为PEDOT:PSS/红荧烯复合材料：紫外光照射处理ITO阳极玻璃基底15分钟，PEDOT:PSS（孔径0.45μm水系过滤器过滤两次）以2000rpm旋涂至ITO阳极玻璃基底上，旋转时间是60s，然后烘箱120℃干燥30分钟；红荧烯溶液（溶于氯苯溶剂30mg/ml）以3000rpm旋涂至基底上，旋转时间是30s，然后热台上110℃干燥20分钟，以上述空穴传输体系制备的太阳能电池为器件三。C、钙钛矿吸光层3的制备：采用液相一步法，目标基底80℃预热10分钟,将CH3NH3PbI3旋涂液（PbI2和CH3NH3I按照摩尔比例为1:1溶在DMSO（二甲基亚砜）本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下到上依次布置的透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层；所述空穴传输层采用红荧烯制备而成，或者采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备而成，其中PEDOT:PSS与红荧烯的厚度比为5：（3‑5）。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下到上依次布置的透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层；所述空穴传输层采用红荧烯制备而成，或者采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备而成，其中PEDOT:PSS与红荧烯的厚度比为5：（3-5）。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，当空穴传输层采用红荧烯制备时，厚度为30-50nm。3.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，当空穴传输层采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备时，厚度为70-90nm。4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，空穴传输层是采用真空蒸镀法、溶液旋涂法或者原子层沉积法覆于钙钛矿吸光层上。5.根据权利要求1所述的一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，透明导电电极层采用ITO、FTO、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈淑芬，章琴，汪成新，黄维，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32