钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料及其制备方法和应用。该空穴传输材料组合物中包括无机空穴传输材料和稀有金属元素，无机空穴传输材料中的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。本发明专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层是由上述钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物制备而成的。该钙钛矿太阳能电池的稳定性好且转化效率高。

Cavitation Transport Materials for Perovskite Solar Cells and Their Preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的材料，属于太阳能电池材料

技术介绍
太阳能电池可以直接将光能转换为电能。目前市场上光伏发电的主要产品的组成是硅晶体或者碲化镉，砷化镓之类的化合物晶体。但是上述这些光伏材料的制备很复杂，且能耗巨大，在一定程度上限制了光伏产业的发展。作为第三代太阳能电池的代表，钙钛矿太阳能电池的转换效率在短短几年，由最初的3.8％到目前的超过了23％，这让光伏产业看到了发展钙钛矿太阳能电池的巨大潜力。为了进一步提升钙钛矿太阳能电池的效率，需要对钙钛矿太阳能电池的吸光层，载流子传输层进行优化。无机空穴传输材料虽然相比较Spiro-OMeTAD空穴传输材料，制备的钙钛矿太阳能电池的效率要低，但是其稳定性，价格要优于Spiro-OMeTAD等有机空穴传输材料。因此，实现用无机材料空穴传输层来制备高效率高稳定性钙钛矿太阳能电池，对其产业化有重要意义。但是传统的无机空穴传输层材料制备的钙钛矿电池开路电压和填充因子不够高，这主要是由于其本身能带结构与钙钛矿能带结构不够匹配，以及载流子传输效率过低引起的。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种开路电压和转化效率较高的钙钛矿太阳能电池。为了实现上述技术目的，本专利技术首先提供了一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，该空穴传输材料组合物中包括无机空穴传输材料和稀有金属元素，其中，无机空穴传输材料中的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物通过在无机空穴传输材料中引入特定比例的稀有金属元素离子，使稀有金属元素离子取代无机空穴传输材料中的金属离子或填充到无机空穴传输材料的晶格中，以使无机空穴传输材料中的空穴的浓度提升。无机空穴材料中的稀有金属元素离子不仅可以使无机空穴传输材料的价带顶下降，使空穴传输材料的能带与钙钛矿的能带匹配性更好，还可以提高钙钛矿薄膜在空穴传输层上面的覆盖。基于本专利技术的空穴传输材料组合物制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升10％以上。在本专利技术的一具体实施方式中，采用的稀有金属元素为铍、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、镓、铟、铊、锗、铼、锡、砷中的一种或两种以上的组合。在本专利技术的一具体实施方式中，采用的稀有金属元素来自含有铍、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、镓、铟、铊、锗、铼、锡、砷金属离子的化合物中的一种或两种以上的组合。在本专利技术的一具体实施方式中，采用的稀有金属离子的价态为一价、二价、三价、四价中的一种或两种以上的组合。在本专利技术的一具体实施方式中，采用的稀有金属的化合物可以为稀有金属的卤化物、硫化物、氮化物、氧化物、磷化物(以磷元素为中心的阴离子，包括但不限于磷酸化物)、硫氰化物、醋酸盐中的一种或两种以上组合。在本专利技术的一具体实施方式中，采用的无机空穴传输材料为氧化镍、CuI、Cu2O、CuSCN中的一种或两种以上的组合。本专利技术还提供了利用上述钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层前驱液的方法，该方法包括以下步骤：将无机空穴传输材料的溶液与含有稀有金属离子的溶液混合，55℃-85℃下搅拌12小时以上，得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层前驱液。其中，无机空穴传输材料的溶液与含有稀有金属离子的溶液的浓度比只要满足金属离子和稀有金属离子的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)即可。在本专利技术的一具体实施方式中，无机空穴传输材料的溶液采用的溶剂为乙腈、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或两种以上的组合。具体地，本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料前驱液的制备方法，包括以下步骤：制备无机空穴传输材料的溶液，其中，无机空穴传输材料可以采用氧化镍、CuI、Cu2O、CuSCN中的一种或两种以上的组合；制备无机空穴传输材料的溶液采用的溶剂可以为乙腈、乙醇、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中的一种或或两种以上的组合；制备含有稀有金属离子的溶液；在无机空穴传输材料的溶液中加入含有稀有金属离子的溶液，55℃-85℃下搅拌12小时以上，得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，无机空穴传输材料的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，在无机空穴传输材料中掺杂稀有金属。稀有金属离子在无机空穴传输材料中起到取代无机空穴元素的作用或填充到无机空穴传输材料的晶格间隙中。稀有金属离子可以提高无机空穴传输材料中的空穴浓度，改善无机空穴传输材料表面与钙钛矿材料的接触，从而提高空穴传输材料与钙钛矿的能级匹配度和钙钛矿材料在无机空穴传输材料表面的附着性，使制备的钙钛矿薄膜在空穴传输层上的覆盖率得到提高。本专利技术还提供了一种钙钛矿太阳能电池，该钙钛矿太阳能电池的空穴传输层是通过本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的前驱液制备而成的。在本专利技术的一具体实施方式中，可以将本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层前驱液通过旋涂法、狭缝式涂布法、刮涂法、喷涂法和印刷法中的一种或两种以上的组合的方式，制备形成钙钛矿太阳能电池的空穴传输层。在本专利技术的一具体实施方式中，空穴传输层的厚度为10nm-1000nm。在本专利技术的一具体实施方式中，钙钛矿太阳能电池的结构由下至上包括导电基底、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、对电极等，其中，空穴传输层是通过本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物制备而成的。具体地，该钙钛矿太阳能电池的导电基底包括FTO或ITO等导电材料。具体地，该钙钛矿太阳能电池的吸光层材料的分子式为ABX3，其中A包括CH3NH3+、NH2CHNH2+、CS+、Rb+等阳离子，B包括Pb2+、Sn2+、Ge2+、Sr2+、Cu2+、Bi3+、Sb3+等阳离子，X包括I-、Cl-或Br-等卤素阴离子。具体地，该钙钛矿太阳能电池的电子传输层的构成为TiO2、ZnO、SnO2等无机电子传输材料或PCBM等有机电子传输材料，还可以是上述电子传输材料中至少两种以上的混合。具体地，该钙钛矿太阳能电池对电极的材料为Al、Ag、Au、Mo、Cr、C中的一种或两种以上的组合。本专利技术的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，通过向无机空穴传输材料中引入稀有金属，有效改善空穴传输层的能带结构，达到与钙钛矿材料能带匹配的效果。同时，空穴传输层中载流子的浓度也得到大幅提升。基于此形成的空穴传输层，使钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升了10％以上。附图说明图1为本专利技术的实施例1中的钙钛矿太阳能电池的结构图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本专利技术的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本专利技术的可实施范围的限定。对比例1本对比例提供了一种钙钛矿太阳能电池，其是通过以下步骤制备得到的：(1)玻璃清洗：对FTO玻璃用锌粉加稀盐酸进行刻蚀，将刻蚀完的玻璃切割成2.5×2.5cm的小玻璃。对小玻璃依次用洗洁精，去离子水，乙醇，丙酮各超声20分钟。用氮气吹干后在紫外臭氧机中处理30分钟。(2)空穴传输层制备：配制氧化镍溶液。溶液的浓度为10mg/mL。将步骤(1)中的玻璃加热，过滤配备的空穴传输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，该空穴传输材料组合物中包括无机空穴传输材料和稀有金属元素，其中，无机空穴传输材料中的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，该空穴传输材料组合物中包括无机空穴传输材料和稀有金属元素，其中，无机空穴传输材料中的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，所述稀有金属元素为铍、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、镓、铟、铊、锗、铼、锡、砷中的一种或两种以上的组合。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，所述稀有金属元素来自含有铍、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、镓、铟、铊、锗、铼、锡、砷金属离子的化合物中的一种或两种以上的组合。4.根据权利要求3所述的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，稀有金属离子的价态为一价、二价、三价、四价中的一种或两种以上的组合。5.根据权利要求3或4所述的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，其中，所述化合物为稀有金属的卤化物、硫化物、氮化物、氧化物、...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕恩兵，陈汉，陈林，茹鹏斌，
申请(专利权)人：上海黎元新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31