一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法技术

本发明专利技术属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。本发明专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括界面缓冲层，所述界面缓冲层为含有镱元素的材料。本发明专利技术以为含有镱元素的材料作为钙钛矿太阳能电池的界面缓冲层，由于含有镱元素的材料的功函数低，有利于形成欧姆接触，有利于电子的抽提，减小界面处载流子的复合，不仅实现了高的光电转化效率，同时，由于含有镱元素的材料的化学稳定性以及热稳定性，钙钛矿太阳能电池器件的稳定性尤其是热稳定性有显著的提高。有显著的提高。有显著的提高。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法


[0001]本专利技术属于钙钛矿太阳能电池
，具体涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池因其制备工艺简单、成本低、高性能等优点收到了越来越多的关注，目前单结的钙钛矿太阳能电池器件的光电转化性能已经达到25.7％，十分接近单晶硅太阳能电池的光电转化效率记录。
[0003]根据钙钛矿太阳能电池的结构，可以将钙钛矿太阳能电池分类为正式结构和反式结构电池，其中常见的正式结构钙钛矿太阳能包括正式有电子传输层结构钙钛矿太阳能电池和正式无电子传输层结构钙钛矿太阳能电池，其中正式有电子传输层结构钙钛矿太阳能电池依次层叠设置的透明导电衬底、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极，正式无电子传输层结构钙钛矿太阳能电池依次层叠设置的透明导电衬底、钙钛矿层、空穴传输层和金属电极。反式结构钙钛矿太阳能电池包括依次层叠设置的透明导电衬底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、界面缓冲层和金属电极。
[0004]除此之外多结(串联)太阳能电池在突破单结太阳能电池的肖克利
‑
奎瑟(S
‑
Q)效率极限方面的巨大潜力。钙钛矿太阳能电池是多结电池的理想候选材料，其带隙可调，光电转化效率高，且易于制造，这很容易与许多其他类型的太阳能电池结合，如硅、铜铟镓硒化(CIGS)、窄带隙钙钛矿太阳能电池、有机和量子点太阳能电池。
[0005]其中反式结构钙钛矿太阳能电池因其可以低温加工、器件迟滞更小、器件稳定性更好、更适合制备叠层钙钛矿器件而受到广泛的关注，目前对于反式结构钙钛矿太阳能电池结构中大多使用浴铜灵(BCP)作为界面缓冲层，由于有机材料BCP玻璃化转变温度过低(85℃)，同时光照下不稳定，严重限制了钙钛矿太阳能电池的长期稳定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池在与使用BCP作为界面缓冲层的器件相当的光电转化效率的基础上，显著的提高了器件的热稳定性能。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0008]本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括界面缓冲层，所述界面缓冲层为含有镱元素的材料。
[0009]优选的，所述界面缓冲层的化学组成包括氧化镱。
[0010]优选的，所述界面缓冲层的化学组成还包括镱单质。
[0011]优选的，所述钙钛矿太阳能电池包括反式结构电池、正式结构电池或反式结构和正式结构组成的叠层结构电池。
[0012]优选的，所述界面缓冲层的厚度为0.5～10nm。
[0013]优选的，所述钙钛矿太阳能电池为反式结构电池，所述界面缓冲层位于电子传输层和金属电极之间，所述电子传输层的化学组成为碳化合物。
[0014]优选的，所述碳化合物包括[6,6]‑
苯基
‑
C61
‑
丁酸异甲酯、[6,6]‑
苯基
‑
C71
‑
丁酸异甲酯或者C
60
。
[0015]优选的，所述钙钛矿太阳能电池为正式无电子传输层结构钙钛矿太阳能电池，所述界面缓冲层位于透明导电衬底和钙钛矿层之间。
[0016]优选的，所述正式无电子传输层结构钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的化学组成包括「双(4
‑
苯基)(2,4,6
‑
三甲基苯基)胺(PTAA)、聚[双(4
‑
苯基)(4
‑
丁基苯基)胺]、聚(3,4
‑
乙烯二氧噻吩):聚(苯乙烯磺酸盐)(Poly
‑
TPD)、氧化镍(NiO
x
)、(2
‑
(3,6
‑
二甲氧基
‑
9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基)膦酸(MeO
‑
2PACz)、[2
‑
(9H
‑
咔唑
‑9‑
基)乙基]膦酸(2PACz)或[4
‑
(3,6
‑
二甲基
‑
9H
‑
咔唑
‑9‑
基)丁基]磷酸(Me
‑
4PACz)。
[0017]优选的，所述钙钛矿太阳能电池为正式有电子传输层结构钙钛矿太阳能电池，所述界面缓冲层位于电子传输层和钙钛矿层之间。
[0018]本专利技术提供了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括界面缓冲层，所述界面缓冲层为含有镱元素的材料。本专利技术以含有镱元素的材料取代BCP作为钙钛矿太阳能电池的界面缓冲层，由于含有镱元素的材料的功函数低，有利于形成欧姆接触，有利于电子的抽提，减小界面处载流子的复合，不仅实现了高的光电转化效率，同时，由于含有镱元素的材料的化学稳定性以及热稳定性，钙钛矿太阳能电池器件的稳定性尤其是热稳定性有显著的提高。由实施例的结果表明，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池以含有镱元素的材料作为界面缓冲层，大幅提高器件稳定性尤其是热稳定性。现有的有机物BCP缓冲层在热状态下不稳定，容易团聚或者降解，造成器件稳定性的下降；使用稳定的含有镱元素的材料的界面缓冲层可以阻止电极金属原子的扩散，同时抑制金属电极的氧化(如图1的测试结果)，极大的提高的界面的稳定性，获得高稳定性的钙钛矿太阳能电池(如图2的测试结果)；同时，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池以含有镱元素的材料作为界面缓冲层，不损失器件的光电转化性能，有助于电子传输层和金属电极间形成欧姆接触，减少界面处载流子的复合，本专利技术使用含有镱元素的材料作为界面缓冲层实现了接近25％的超高光电转换性能，使用外量子效率曲线测试也认证了J
‑
V测试中短路电流密度的可靠性(如图3的测试结果)。
[0019]进一步的，在本专利技术中，所述钙钛矿太阳能电池包括反式结构、正式结构或反式结构和正式结构组成的叠层结构；所述反式结构的钙钛矿太阳能电池的界面缓冲层位于电子传输层和金属电极之间；所述正式结构的钙钛矿太阳能电池的界面缓冲层位于透明导电衬底和钙钛矿层之间或位于电子传输层和钙钛矿层之间。在反式结构的钙钛矿太阳能电池中，含有镱元素的材料的界面缓冲层位于电子传输层和金属电极间，避免电子传输层和金属电极界面处形成肖特基势垒诱导载的流子复合，不利于载流子的抽取；同时避免电极的金属原子扩散到电子传输层甚至钙钛矿光活性层中，形成缺陷诱导载流子复合，极大的降低器件的稳定性和光电传输性能。在正式结构的钙钛矿太阳能电池中，含有镱元素的材料的界面缓冲层位于透明导电衬底和钙钛矿层之间或位于电子传输层和钙钛矿层之间，当位于透明导电衬底和钙钛矿层之间时，含有镱元素的材料的界面缓冲层能够降低透明导电衬底的功函数，更利于电子的抽提；当位于电子传输层和钙钛矿层之间时，可以帮助形成欧姆接触，有利于电子的抽提，提高器件的热稳定性的同时保持器件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括界面缓冲层，其特征在于，所述界面缓冲层为含有镱元素的材料。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述界面缓冲层的化学组成包括氧化镱。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述界面缓冲层的化学组成还包括镱单质。4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池包括反式结构电池、正式结构电池或反式结构和正式结构组成的叠层结构电池。5.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述界面缓冲层的厚度为0.5～10nm。6.根据权利要求1～5任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池为反式结构电池，所述界面缓冲层位于电子传输层和金属电极之间，所述电子传输层的化学组成为碳化合物。7.根据权利要求6所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述碳化合物包括[6,6]
‑
苯基
‑
C61
‑
丁酸异甲酯、[6,6]
‑
苯基
‑
C71
‑
丁酸异甲酯或者C
60
。8.根据权利要求1～5任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿太阳能电池为正式无电子传输层结构钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱瑞，吕正红，陈鹏，胡俊涛，肖云，龚旗煌，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：