一种高效光伏转化材料及其光伏发电结构制造技术

本发明专利技术公开了一种高效光伏转化材料及其光伏发电结构。该高效光伏转化材料由经过改性处理的钙钛矿材料组成，所述钙钛矿材料的通式是AB

An efficient photovoltaic conversion material and its photovoltaic power generation structure

【技术实现步骤摘要】
一种高效光伏转化材料及其光伏发电结构
本专利技术涉及一种高效光伏转化材料及其光伏发电结构，尤其涉及一种钙钛矿光伏转化材料及其太阳能电池。
技术介绍
能源是现代生活的必需品。当传统的石化燃料慢慢枯竭，耗尽之时，人类对新型、清洁能源的需求与渴望更加剧烈。太阳能作为一种新型、清洁、丰富的能源形式，对其进行高效、稳定地利用具有重大的战略意义，而高效稳定的光伏转化材料是推动太阳能发展的核心。钙钛矿是一种有机-无机杂化的光电子材料，具有大的光谱吸收强度和宽的光谱吸收范围，可以高效地吸收太阳能中的大部分能量，作为光吸收层材料被应用到光伏电池中。钙钛矿光伏电池最早于2009年由AkihiroKojima等提出(AkihiroKojima,KenjiroTeshima,YasuoShirai,TsutomuMiyasaka,OrganometalHalidePerovskitesasVisible-LightSensitizersforPhotovoltaicCells,J.AM.CHEM.SOC.2009,131,6050)，当时的效率还不到4%。经过5年的发展，特别是近两年，钙钛矿光伏电池的效率突飞猛进，达到19.3%（H.Zhou,Q.Chen,G.Li,S.Luo,T.-B.Song,H.-S.Duan,Z.Hong,J.You,Y.Liu,Y.Yang,Interfaceengineeringofhighlyefficientperovskitesolarcells,Science2014,345,542.），而且在器件的稳定性方面也得到了很大的提高（A.Mei,X.Li,L.Liu,Z.Ku,T.Liu,Y.Rong,M.Xu,M.Hu,J.Chen,Y.Yang,M.Gr.tzel,H.Han,Ahole-conductor-free,fullyprintablemesoscopicperovskitesolarcellwithhighstability,Science2014,345,295.）,而这些大的突破都归结于钙钛矿这种新型的光吸收层材料。早期的钙钛矿光伏电池是以纯碘的钙钛矿（CH3NH3PbI3）为光吸收层材料，只能获得9%左右的效率，在光吸收强度和范围上有了很大的突破，但仍然存在很大的提高空间。2013年，Snaith等人的研究（S.D.Stranks,G.E.Eperon,G.Grancini,C.Menelaou,MarceloJ.P.Alcocer,T.Leijtens,L.M.Herz,A.Petrozza,H.J.Snaith,Electron-holediffusionlengthsexceeding1micrometerinanorganometaltrihalideperovskiteabsorber,Science2013,342,341.）发现，掺杂了Cl原子的钙钛矿材料（CH3NH3PbI3-xClx）相较于CH3NH3PbI3有更大的电子-空穴寿命，使得以CH3NH3PbI3-xClx为光吸收层材料的光伏电池的效率达到12.2%。同时，Br元素的掺杂也可以增强钙钛矿型光伏电池的性能（J.H.Noh,S.H.Im,J.H.Heo,T.N.Mandal,S.IlSeok,Chemicalmanagementforcolorful,efficient,andstableinorganic-organichybridnanostructuredsolarcells,Nanolett.2013,13,1764），其核心思想就是通过Br元素的掺杂来调控CH3NH3PbI3-xBrx的禁带宽度，从而调整吸收层材料在可见光区域的吸收特性，进而改变光伏电池的性能。另外，有研究者对CH3NH3PbBr3型钙钛矿进行Cl原子掺杂，得到了高开路电压（1.5V）的光伏器件（E.Edri,S.Kirmayer,M.Kulbak,G.Hodes,D.Cahen,Chlorideinclusionandholetransportmaterialdopingtoimprovemethylammoniumleadbromideperovskite-basedhighopen-circuitvoltagesolarcells,J.Phys.Chem.Lett.2014,5,429.），同样是通过元素掺杂，来调整光伏电池的性质。Cl、Br、I三种元素可以通过它们在钙钛矿材料中所占的比例，来很好的调整材料对太阳光的吸收强度和吸收范围，但这种调整仅仅局限于Cl、Br、I的二元共混的方式。尽管钙钛矿太阳能电池能量转换效率快速提升，但是真实工作环境下，特别是在最大能量点和太阳光全谱辐照时，能量转换效率的稳定性日益受到人们的关注。譬如，在温度55℃时，以甲基胺三碘化铅（MAPbI3）为代表的钙钛矿结构相会发生转变，钙钛矿材料中离子迁移导致材料降解，从而最终影响能量转换效率。因此，迫切需要解决的问题是：如何提高钙钛矿太阳能电池在高温下的热稳定性；如何通过替代由真空工艺制备的不适合大规模商业化应用的金属电极，从而降低钙钛矿太阳能电池装置成本；如何避免钙钛矿同背电极材料的反应导致钙钛矿太阳能电池降解。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术要解决的技术问题是，提高钙钛矿太阳能电池在高温下的热稳定性。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种高效光伏转化材料，该高效光伏转化材料由经过改性处理的钙钛矿材料组成，所述钙钛矿材料的通式是ABcB’1-cX3，其中A为CH3NH3+或NH2CH=NH2+，B为Pb2+，B’为Cu2+、Zn2+或Fe2+，X为Cl-、Br-或I-，0<c<0.5，所述经过改性处理的钙钛矿材料是通过双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷进行改性处理。本专利技术还提供一种高效光伏转化材料的前驱体溶液的制备方法，该制备方法包括如下步骤：（1）将BX2和B’X2按照摩尔比c：1-c混合后，加入适量的双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷进行混合，得到金属卤化物混合物；（2）将AX加入到所述金属卤化物混合物进行混合，形成原料混合物；（3）将所述原料混合物加入N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)或者γ-丁内酯溶剂中混合，进行热处理后，即得高效光伏转化材料的前驱体溶液。本专利技术还提供一种光伏发电结构，该光伏发电结构依次包括：第一电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、多孔层、电子传输层、导电玻璃层和玻璃衬底层，其中，该钙钛矿吸光层包括本专利技术的高效光伏转化材料。本专利技术还提供一种光伏发电结构的制备方法，该制备方法包括如下依次步骤：（1）制备高效光伏转化材料的前驱体溶液；（2）在衬底的一个表面上形成第二电极；（3）在第二电极表面上形成电子传输层；（4）在电子传输层的表面上用高效光伏转化材料的前驱体溶液形成钙钛矿吸光层；（5）在钙钛矿吸光层的表面上形成空穴传输层；（6）在空穴传输层的表面上形成第一电极。优选地，双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷是、或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效光伏转化材料，该材料由经过改性处理的钙钛矿材料组成，所述钙钛矿材料的通式是AB

【技术特征摘要】
1.一种高效光伏转化材料，该材料由经过改性处理的钙钛矿材料组成，所述钙钛矿材料的通式是ABcB’1-cX3，其中A为CH3NH3+或NH2CH=NH2+，B为Pb2+，B’为Cu2+、Zn2+或Fe2+，X为Cl-、Br-或I-，0<c<0.5，所述经过改性处理的钙钛矿材料是通过双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷进行改性处理。


2.根据权利要求1所述的高效光伏转化材料，其中，所述双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷是、或。


3.根据权利要求1或2所述的高效光伏转化材料，其中，0.1≤c≤0.4。


4.根据权利要求1或2所述的高效光伏转化材料，其中，所述通过双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷进行改性处理包括如下步骤：
（1）将BX2和B’X2按照摩尔比c：1-c混合后，加入适量的双腈类2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷进行混合，得到金属卤...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆妍，刘培良，李志伟，李雪梅，曲阳，
申请(专利权)人：潍坊市工程技师学院，
类型：发明
国别省市：山东;37