一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于新能源技术领域。本发明专利技术提出的钙钛矿太阳能电池包括依次叠加设置的第一电极、空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和第二电极，其中，空穴阻挡层包括自第一电极而始依次设置的金属氧化物薄膜和有机物薄膜，电子传输层包括PCBM修饰的纳米线；纳米线的材质包括氧化锌、氧化钛、氧化锡和氧化铈中的至少一种。本发明专利技术提供的钙钛矿太阳能电池能够显著阻止钙钛矿太阳能电池中界面处的空穴复合，并提升所得钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。本发明专利技术还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法和应用。钛矿太阳能电池的制备方法和应用。钛矿太阳能电池的制备方法和应用。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及新能源
，尤其是涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]钙钛矿太阳能电池是一种特殊的染料敏华太阳能电池，作为一种新型太阳能电池，其光电转换效率已从3.8％提高至25％左右，即已经达到了商业化应用的标准。另外，由于钙钛矿太阳能电池的原料来源较广，制备工艺简单，成本较低并且可制备大面积柔性电池和透明电池等优势，使得钙钛矿电池受到越来越多的关注。
[0003]现阶段，钙钛矿太阳能电池的内部结构依次为透明导电基底、电子传输层(主要是金属氧化物，例如氧化钛、氧化锡等)、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。上述结构的钙钛矿电池的电子空穴复合严重、光电转化效率低、且钙钛矿电池结构的稳定性差。
[0004]为解决上述技术问题，有技术尝试在透明导电基底和电子传输层之间设置致密的金属氧化物薄膜，例如致密二氧化钛层，以作为空穴阻挡层，以阻挡上述空穴复合。但是效果仍有非常大的优化空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种钙钛矿太阳能电池，能够显著阻止所述钙钛矿太阳能电池中界面处的空穴复合，并提升所得钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。
[0006]本专利技术还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法。
[0007]本专利技术还提供了上述钙钛矿太阳电池的应用。
[0008]根据本专利技术第一方面的实施例，提出了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次叠加设置的第一电极、空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和第二电极，其中，所述空穴阻挡层包括自所述第一电极而始依次设置的金属氧化物薄膜和有机物薄膜，所述电子传输层包括PCBM修饰的纳米线；所述纳米线的材质包括氧化锌、氧化钛、氧化锡和氧化铈中的至少一种。
[0009]根据本专利技术实施例的钙钛矿太阳能电池，至少具有如下有益效果：
[0010]传统的空穴阻挡层大多是金属氧化物薄膜，电子传输层大多颗粒状的金属氧化物；由此空穴阻挡层虽然可以一定程度上阻止空穴复合，但是金属氧化物薄膜和电子传输层之间通常不能形成有效的化学键合而导致电子传输受阻，严重影响钙钛矿太阳能电池的光电性能。
[0011]本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池中，在金属氧化物薄膜和电子传输层之间设置了一层有机物薄膜，相当于增强了两者之间的化学连接，因此在阻挡空穴复合的基础上，不影响电子的传输。此外，有机物薄膜也具有一定的阻止空穴复合的作用，和金属氧化物薄膜相协同，进一步提升了空穴阻挡层的效果。
[0012]进一步的，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池中，采用PCBM修饰的金属氧化物纳米线作为电子传输层的主要材质，由此一方面调整了电子传输层的能级，使其和钙钛矿活性层的能级匹配性更好，减少电子传输过程中的能量损失，另一方面PCBM和纳米线相比，具有比较好的柔性，因此也相当于优化了电子传输层和金属氧化物薄膜之间的机械和电学接触。
[0013]综上，本专利技术提供的钙钛矿太阳能电池中，通过优化空穴阻挡层的结构、材质，以及电子传输层中主要材料的结构和材质，显著避免了空穴复合现象，提升了所得钙钛矿太阳能电池的光电效率和稳定性。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述第一电极包括FTO薄膜和ITO薄膜中的至少一种。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴阻挡层中，所述金属氧化物薄膜的材质包括氧化锌、氧化钛和氧化铌中的至少一种。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴阻挡层中，所述有机物薄膜的材质包括Bphen。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述金属氧化物薄膜和所述有机物薄膜的厚度比为1～3:1。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴阻挡层的厚度为2～15nm。例如具体可以是约12nm。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述电子传输层的厚度为30～50nm。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿活性层包括依次叠加设置的二维钙钛矿层A、混合钙钛矿层和二维钙钛矿层B。
[0021]由此，所述钙钛矿活性层可利用二维钙钛矿的水氧惰性作用，提升整体的稳定性，且可利用三维钙钛矿的高光电转换效率，提升所得钙钛矿太阳电池的光电性能。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述二维钙钛矿层A、混合钙钛矿层和二维钙钛矿层B的厚度比为1～10:100:1～10。由此既具有保护作用，又不会因为二维钙钛矿层的设置显著降低所得钙钛矿太阳能电池的光电性能。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述混合钙钛矿层包括三维钙钛矿以及分散在所述三维钙钛矿晶界处的二维钙钛矿。
[0024]由此，钝化了三维钙钛矿的晶界缺陷，可显著提升所得钙钛矿太阳电池的光电转换效率和环境稳定性。
[0025]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿活性层中，所述三维钙钛矿的通式为ABX3，其中A包括Cs、FA和MA中的至少一种；B包括Sn和Pb中的至少一种；X包括Cl、Br和I中的至少一种。
[0026]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿活性层中，所述二维钙钛矿的通式为M2BX4，其中M包括丙炔胺、苯乙胺、苯丁胺、丁基胺和对氟苯乙胺中的至少一种。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述钙钛矿活性层的厚度为500～800nm
[0028]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴传输层的材质包括DNT
‑
4TPA。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述空穴传输层的厚度为10～50nm。例如具体可以是约20nm或约40nm。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，所述第二电极包括FTO薄膜、ITO薄膜、碳电极和金属电
极中的至少一种。
[0031]根据本专利技术第二方面的实施例，提供了一种所述钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0032]S1.在所述第一电极表面设置所述金属氧化物薄膜和有机物薄膜，形成所述空穴阻挡层；
[0033]S2.在所述空穴阻挡层表面设置所述纳米线，之后在所述纳米线表面设置所述PCBM，得所述电子传输层；
[0034]S3.在所述电子传输层表面依次设置所述钙钛矿活性层、空穴传输层和第二电极。
[0035]由于所述制备方法采用了上述实施例的钙钛矿太阳能电池的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
[0036]此外本专利技术提供的制备方法简单、易行，虽然对钙钛矿太阳电池的结构进行了调整，但依然可以采用传统的制备设备制备得到，即和传统制备工序兼容性高，便于进行大规模推广。
[0037]根据本专利技术的一些实施例，所述制备方法还包括在步骤S1之前，对所述第一电极进行表面处理。
[0038]根据本专利技术的一些实施例，所述表面处理的方法包括依次以玻璃清洗剂、水和醇溶剂清洗，之后进行氧plasma处理。由此可提升所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿太阳能电池，包括依次叠加设置的第一电极、空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和第二电极，其特征在于，所述空穴阻挡层包括自所述第一电极而始依次设置的金属氧化物薄膜和有机物薄膜，所述电子传输层包括PCBM修饰的纳米线；所述纳米线的材质包括氧化锌、氧化钛、氧化锡和氧化铈中的至少一种。2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿活性层包括依次叠加设置的二维钙钛矿层A、混合钙钛矿层和二维钙钛矿层B。3.根据权利要求2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述混合钙钛矿层包括三维钙钛矿以及分散在所述三维钙钛矿晶界处的二维钙钛矿。4.根据权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极包括FTO薄膜和ITO薄膜中的至少一种；优选地，所述空穴传输层的材质包括DNT
‑
4TPA；优选地，所述第二电极包括FTO薄膜、ITO薄膜、碳电极和金属电极中的至少一种。5.根据权利要求1～3任一项所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述空穴阻挡层的厚度为2～15nm；优选地，所述电子传输层的厚度为30～50nm；优选地，所述钙钛矿活性层的厚度为500～800nm；优选地，所述空穴传输层的厚度为10～50nm。6.一种如权利要求1～5任一项所述钙钛矿太阳能电...

【专利技术属性】
技术研发人员：赖金洪，刘芳波，徐方，胡小艳，
申请(专利权)人：长沙先进电子材料工业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：