一种简易结构的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术公开了一种简易结构的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池，包括基底，基底的表面从下至上依次设有透明导电层、致密电子传输层、介孔阻挡层和碳电极；钙钛矿渗透填充于整个介孔骨架之中，形成稳定的器件整体。该低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池去除了常用的介孔TiO2电子传输层，以及作为碳电极粘接剂的TiO2纳米晶。TiO2的去除可以有效的降低缺陷损失，促进高性能器件的制备；同时可以避免光催化活性带来的器件降解风险。该器件架构仅包含“介孔阻挡层/介孔碳电极”双层架构，可以在全低温(不高于150摄氏度)条件下制备，所制备器件具有高效率与高稳定性。效率与高稳定性。效率与高稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种简易结构的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池


[0001]本专利技术属于光电器件领域，更具体的涉及一种具有简易结构的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池。

技术介绍

[0002]有机
‑
无机杂化钙钛矿太阳能电池在太阳能电池领域中已经占据了重要的地位，当前正处于由实验室研究向产业化发展的重要转折点。与此同时，稳定性、易用性、成本可控性与光电转换效率成为本领域需要重点解决的问题。降低生产成本、简化器件制备流程、增强器件稳定性成为器件大面积中试之前需要解决的关键问题。
[0003]当前，介孔碳基钙钛矿太阳能电池主要沿用由华中科技大学韩宏伟课题组开发的“介孔TiO2/介孔ZrO2/介孔碳电极”三层架构。该架构的特征在于：1、介孔骨架采用高温(约450摄氏度)工艺制备；2，介孔骨架中采用了具有光催化活性的TiO2介孔电子传输层；3、该结构可在全空气环境中制备，并可大面积印刷。在这些特征中，空气制备、可印刷是其优点，然而，高温制备工艺与TiO2的使用不利于器件制备成本的降低与长期工作稳定性的提高。此外，该器件架构存在以下不足：1，介孔TiO2通常采用尺寸为10
‑
30纳米的小晶粒制备，纳米晶表面具有的丰富的缺陷，产生复合损失。为了遏制电荷复合，通常需要在介孔TiO2和钙钛矿层之间制备钝化层，增加了制备成本，不利于大规模生产。2，从器件架构上看，“介孔TiO2/介孔ZrO2/介孔碳电极”含有三层介孔层，介孔的存在尽管有利于钙钛矿吸光层的渗透与沉积，但却制约了钙钛矿晶粒的生长；更进一步，TiO2、ZrO2都采用纳米尺寸颗粒制备，而介孔碳电极则采用微米级颗粒制备，由此，从孔隙分布来看，介孔TiO2与介孔ZrO2中的孔隙尺寸相对更小，对钙钛矿晶粒生长的限制作用更强，由此造成更多的纳米级小尺寸晶粒，造成严重复合，限制了器件效率提高，也影响了器件的工作稳定性。此外，在另一种介孔碳基钙钛矿太阳能电池[参见文献：Xu,L.,et al.,Stable monolithic hole
‑
conductor
‑
free perovskite solar cells using TiO
2 nanoparticle binding carbon films.Organic Electronics,2017.45:p.131
‑
138.]中，采用了TiO2纳米晶作为碳电极的粘接剂。考虑到TiO2的光催化活性对器件长期工作稳定性的影响，也有必要寻找替代材料。
[0004]综上所述，如能去除TiO2在介孔碳基钙钛矿太阳能电池中的使用，则不仅可以降低器件架构复杂度，而且可以提高器件工作稳定性；而且，去除介孔TiO2层，可以有效的降低缺陷损失，提高激子的分离速率，提高电子的输运能力，促进高性能PSCs的制备。为此，本专利技术提出一种不需要介孔TiO2层的低温钙钛矿太阳能电池。该电池仅包含“介孔阻挡层/介孔碳电极”双层架构，该架构可以在全低温(不高于150摄氏度)条件下制备，且可获得高效率与高稳定性。

技术实现思路

[0005]现有技术中的介孔碳基钙钛矿太阳能电池通常采用TiO2作为介孔电子传输层。TiO2的表面缺陷浓度高、光催化活性强，影响了器件的光电转换效率与工作稳定性。这不利
于低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池的应用。本专利技术的目的在于提供一种不含有TiO2介孔电子传输层的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池，从原理上解决表面缺陷与光催化活性对器件光电转换效率与工作稳定性的不利影响。
[0006]本专利技术提供的这种简易结构低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池，包括基底，基底的表面从下至上依次设有透明导电层、致密电子传输层、介孔阻挡层和碳电极；所述介孔阻挡层和碳电极中渗透有吸光层，各层之间整体紧密相连，形成稳定连续的整体；在所述介孔阻挡层的下半部分沉积具有电子传输功能的材料作为表面修饰层。
[0007]所述的致密电子传输层材料，选用ZnO、SnO2中的一种，优选SnO2；
[0008]所述的介孔阻挡层，采用SiO2、ZrO2、Al2O3中的一种，优选ZrO2；
[0009]所述的碳电极采用无机胶体纳米晶作为粘结剂，该无机胶体纳米晶可选用SiO2、ZrO2、Al2O3中的一种，优选ZrO2；
[0010]所述的吸光层采用有机
‑
无机杂化铅卤化物钙钛矿材料，其分子式简写为ABX3，其中A为有机基团，选用甲胺离子、甲脒离子、铯离子中的一种或多种组合；B为金属阳离子，选用铅离子、锡离子中的一种或多种组合；X为卤素离子，选用氯、溴、碘中的一种或多种组合；
[0011]所述的表面修饰层材料，选用ZnO、SnO2中的一种，优选SnO2。
[0012]与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果为：
[0013]1)现有技术中的介孔碳基钙钛矿太阳能电池通常采用TiO2作为介孔电子传输层或者作为碳电极中的粘接剂。TiO2的表面缺陷浓度高、光催化活性强，影响了器件的光电转换效率与工作稳定性。本专利技术的目的在于提供一种不含有TiO2的简易结构低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池，从原理上解决表面缺陷与光催化活性所带来的不利影响。
[0014]2)现有技术中的介孔碳基钙钛矿太阳能电池通常“介孔TiO2/介孔ZrO2/介孔碳电极”三层架构，本专利技术去除了“介孔TiO
2”这一层材料，将其简化为“介孔阻挡层/介孔碳电极”双层架构，可以降低复杂度与器件制备成本。
附图说明
[0015]图1为本专利技术实施例中简易结构的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池的器件结构示意图；
[0016]其中，1
‑
透明导电层；2
‑
致密电子传输层；3
‑
介孔阻挡层；4
‑
碳电极；5
‑
钙钛矿吸光材料；6
‑
表面修饰层；
[0017]图2为本专利技术实施例1制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0018]图3为本专利技术实施例2制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0019]图4为本专利技术实施例3制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0020]图5为本专利技术实施例4制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0021]图6为本专利技术实施例5制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0022]图7为本专利技术实施例6制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0023]图8为本专利技术实施例7制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0024]图9为本专利技术实施例8制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0025]图10为本专利技术实施例9制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0026]图11为本专利技术实施例10制得器件的光电流
‑
电压曲线。
[0027]图12为本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简易结构的低温介孔碳基钙钛矿太阳能电池，其特征在于：包括基底，基底的表面从下至上依次设有透明导电层、致密电子传输层、介孔阻挡层和碳电极；所述介孔阻挡层和碳电极中渗透有吸光层，各层之间整体紧密相连，形成稳定连续的整体；在所述介孔阻挡层的下半部分表面上沉积具有电子传输功能的表面修饰层。2.根据权利要求1所述的致密电子传输层材料，选用ZnO、SnO2中的一种，优选SnO2。3.根据权利要求1所述的介孔阻挡层，采用SiO2、ZrO2、Al2O3中的一种，优选ZrO2。4.根据权利要求1所述的碳电极采用无机胶体纳米晶作为粘结剂，该无机胶体纳米晶可选用SiO2、ZrO2、Al2O3中的一种，优选ZrO2。5.根据权利要求1所述的吸光层采用有机
‑
无机杂化铅卤化物钙钛矿材料，其分子式简写为ABX3，其中A选用甲胺离子、甲脒离子、铯离子、5
‑
氨基戊酸根离子中的一种或多种组合；B为金属阳离子，选用铅离子、锡离子中的一种或多种组合；X为卤素离子，选用氯、溴...

【专利技术属性】
技术研发人员：周聪华，郭得恩，马姣，林思远，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：