[发明专利]基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种介观太阳能电池器件，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

介观太阳能电池是一种采用介孔纳米晶材料作为光阳极的太阳能电池。在这种太阳能电池中，吸光材料吸附在介孔纳米晶电极上作为光阳极，一方面将生成的光电子注入到介孔纳米晶电极并传输至导电基底中，另一方面将生成的空穴通过空穴传输层传输到空穴收集层中从而形成光电流。由于介孔纳米电极具有非常大的比表面积，因此可以吸附足够多的吸光材料从而获得较大的光电流，具有非常高的理论效率。

一直以来，半导体纳米晶吸光材料在介观太阳能电池领域得到了非常广泛地应用。这不仅是因为半导体纳米晶吸光材料具有较大的光学截面，并且在一定范围内可以通过调节这些吸光材料的晶粒大小而改变其禁带宽度，从而改变电池器件的开路电压。尽管基于这类半导体纳米晶吸光材料的太阳能电池器件有着非常高的理论效率，但是实际上这些材料仍然面临着稳定性差、载流子复合时间短等众多问题。

作为一种新型钙钛矿类纳米吸光半导体材料，碘铅甲胺（CH₃NH₃PbI₃）具有吸光范围宽、吸收系数高、载流子复合时间长以及稳定性好等众多优点。目前，基于这种钙钛矿类吸光材料的全固态介观太阳能电池器件光电转换效率高达12.3%。然而，迄今为止以这种钙钛矿类半导体材料作为吸光材料的电池一般都采用有机P型半导体材料作为空穴传输层，并且使用蒸镀的方法制备贵金属电极作为电池器件的对电极来收集空穴。有机半导体材料的运用对电池器件的封装工艺提出了更高的要求并且在一定程度上影响器件的长期稳定性，此外，蒸镀贵金属电极一方面极大地增加了电池器件的制备成本，另一方面又严重制约着这种电池器件的大规模生产应用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的以上缺陷或改进需求，提供一种基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法，其目的在于通过钙钛矿类半导体材料自身的空穴传导性能直接将空穴传输至空穴收集层，由此解决目前的太阳能电池性能稳定性不够，对电池封装工艺要求过高以及成本过高的技术问题。

按照本发明的一个方面，提供一种基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池，其包括基底和依次层叠于该基底上的空穴阻挡层、介孔纳米晶层、绝缘间隔层和介孔空穴收集层；

其中，所述介孔纳米晶层、绝缘间隔层和介孔空穴收集层中均填充有钙钛矿类半导体材料。

作为本发明的进一步优选，所述介孔纳米晶层在填充钙钛矿类半导体材料后成为活性吸光层。

作为本发明的进一步优选，介孔纳米晶层为介孔无机纳米氧化物薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述绝缘间隔层在填充钙钛矿类半导体材料后成为空穴传输层。

作为本发明的进一步优选，所述绝缘间隔层为介孔无机纳米氧化物薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述空穴阻挡层为致密二氧化钛薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述钙钛矿类半导体材料为ABX₃，其中A为烷基胺、碱族元素中至少一种，B为铅、锡中至少一种，X为碘、溴、氯中至少一种。

作为本发明的进一步优选，所述钙钛矿类半导体材料优选为碘铅甲胺（CH₃NH₃PbI₃）。

作为本发明的进一步优选，所述纳米氧化物为二氧化钛氧、二氧化锆、三氧化二铝和二氧化硅中的至少一种。

按照本发明的另一方面，提供一种基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池的制备方法，其包括如下步骤：

（1）在导电基底上制备一层空穴阻挡层；

（2）在空穴阻挡层上依次层叠介孔纳米晶层、介孔绝缘间隔层和介孔空穴收集层并烧结；

（3）将钙钛矿吸光半导体材料前驱液滴涂在介孔空穴收集层上，待其能从上至下依次从介孔空穴收集层填充到介孔纳米晶层纳米孔中后，烘干即得到所述的全固态介观太阳能电池器件。

作为本发明的进一步优选，介孔纳米晶层和介孔绝缘间隔层均为纳米氧化物薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述介孔纳米晶层、绝缘层和空穴收集层采用印刷的方式层叠制备。

作为本发明的进一步优选，所述空穴阻挡层为致密二氧化钛薄膜。

作为本发明的进一步优选，所述钙钛矿类半导体材料为ABX₃，其中A为甲胺、铯中至少一种，B为铅、锡中至少一种，X为碘、溴、氯中至少一种，优选为碘铅甲胺（CH₃NH₃PbI₃）。