[发明专利]钙钛矿型太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于染料敏化太阳能电池领域，涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。

背景技术

21世纪以后，经济和社会快速发展，人类对能源的需求越来越大，能源问题已经成为了关系人类生存的重要问题。然而，传统的化石燃料（煤、石油、天然气）正因不断大量消耗而日趋枯竭。可再生新能源的开发有助于缓解世界能源和环境的压力，而太阳能是资源量最大、分布最为广泛的绿色可再生能源。

太阳能电池可以把光能直接转化为电能，太阳能电池的开发是利用太阳能最有效的途径之一。太阳能电池体积小，移动方便，使用起来不受地域的限制。我们既可以把太阳能电池做成大规模的发电站，实现并网发电，又可以很方便地用较少的电池组件地给偏远地区用户提供生活电能，或者给移动通讯设备提供电力保障。目前，在市场上占据主导地位的太阳能电池主要是单晶硅和多晶硅太阳能电池，这两种电池的生产技术比较成熟，电池的光电转换效率较高，稳定性好（使用寿命都在15年以上）。但是，硅系太阳能电池对原材料要求苛刻，纯度一般要在99.9999%以上，而且制作工艺复杂，成本高居不下，发电成本较高，无法实现超大规模实用化。

针对现阶段硅系太阳能电池的成本问题，从上世纪九十年代开始，一种新型的有机--无机复合的太阳能电池—染料敏化太阳能电池以其成本低廉，制备简便的特点引起了人们的广泛关注。它也被认为是一种很有前途的利用太阳能的技术。

1991年，瑞士洛桑高等工业学院的教授的科研小组将多孔TiO₂膜应用到这种电池中，使这种电池的光电转换效率有了很大的提高，取得了突破性的进展（等，美国专利，公开号，WO9116719A-31Oct1991；等，美国专利，公开号，US005350644A-27Sep1994）。目前单结结构和叠层结构的染料敏化太阳能电池分别得到了11.18%和15.09%的光电转换效率（Progress In Photovoltaics:Research And Applications,2006.V.14.429-442，Applied Physics Letters，2006.V.88.203103-1-3）。钙钛矿型有机-无机复合物CH₃NH₃PbI₃及其衍生物，具有高的摩尔吸光系数和较宽的光谱吸收范围，被用于替代染料敏化太阳能电池中的传统染料。

目前CH₃NH₃PbI₃染料敏化太阳能电池主要有两种类型：一类是液态敏化太阳能电池，采用液态I^-/I₃^-电对作电解质，最高效率达到6.5%，但由于碘电解质对钙钛矿的腐蚀，因此电池稳定性较差，限制了该类电池的发展。另一类是全固态敏化太阳能电池，采用空穴传输材料替代了液态碘电解质，解决了电解质对敏化剂腐蚀的问题。空穴传输材料具有较低的LOMO能级，能够有效提高电池的开路电压，常用的空穴传输材料有spiro-MeOTAD，PTAA等，目前该类电池最高转换效率已达到15.0%（Nature,2013,499,316–319）。

钙钛矿CH₃NH₃PbI₃及其衍生物的制备方法存在三种：第一种是将两种前驱体PbI₂（PbBr₂或PbCl₂）和CH₃NH₃I混合配制为溶液，旋涂后将溶剂烘干可以得到钙钛矿；第二种是利用连续沉积方法，即先在TiO₂薄膜上旋涂PbI₂溶液，再将该薄膜浸入CH₃NH₃I的溶液中，最终形成钙钛矿；第三种是将两种前驱体双源共蒸，在薄膜表面反应形成钙钛矿。

电池结构中，TiO₂/敏化剂/空穴传输材料这个界面尤为重要，TiO₂导带中的电子与敏化剂氧化态及空穴传输材料的复合、敏化剂的再生等过程都发生在这个界面上，因此，这个界面极大地影响电池的性能。以往的研究多是在制备钙钛矿层后，直接将空穴传输层置于敏化层之后，空穴传输材料与裸露的TiO₂接触会出现漏电流和反向复合现象，降低电子注入效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。

本发明提供的钙钛矿型太阳能电池，包括光阳极、敏化层、空穴传输层和对电极；