[发明专利]太阳能电池和用于产生太阳能电池的工艺

说明书

本发明涉及光电阳极、太阳能电池和产生光电阳极、太阳能电池的方法和工艺。在某些实施方案中，本发明的太阳能电池可以在没有烧结的纳米多孔支架层的情况下完成，使得可能在低温程序中产生所述太阳能电池。在某些实施方案中，本发明包括在平滑的金属氧化物层上沉积的有机‑无机钙钛矿敏化剂。在某些实施方案中，有机‑无机钙钛矿敏化剂在两步连续的工艺中被沉积。

技术领域

本发明涉及光电阳极、太阳能电池和用于产生光电阳极、太阳能电池的方法和工艺。

现有技术和构成本发明的基础的问题

使用薄膜第三代光伏电池(photovoltaics，PV)将太阳能转化成电流在近二十年正被广泛地开发。由具有有机/无机光采集装置(light harvester)的介孔光电阳极、氧化还原电解质/固态空穴导体、和对电极组成的夹心/单片型PV装置由于易于制造、在材料的选择中的灵活性和有成本效益的生产(M.Acc.Chem.Res.2009,42,1788-1798)，已经获得显著的关注。最近，基于锡(CsSnX₃)或铅(CH₃NH₃PbX₃)的有机金属卤化物钙钛矿(Etgar,L.等人；J.Am.Chem.Soc.2012,134,17396-17399)已经被引入代替作为光采集装置的传统的金属有机络合物或有机分子。铅钙钛矿在基于液体电解质的装置中示出6.54％的功率转换效率(PCE)，而在固态装置中是12.3％(Noh,J.H.等人NanoLett.2013,dx.doi,org/10.1021)。

未公布的欧洲专利申请EP 12179323.6公开了固态太阳能电池，所述固态太阳能电池包括导电支撑层、表面增加的支架结构、在支架结构上提供的一个或更多个有机-无机钙钛矿层和对电极。在此参考文献中报道的太阳能电池中，卓越的转换效率在有机空穴传输材料或液体电解质的不存在下被实现，这致使后者是任选的。

用于在TiO₂上沉积CH₃NH₃PbX₃的最优的方案通过在介孔TiO₂膜上旋涂前体(CH₃NH₃X和PbX₂，X＝Cl、Br、I)溶液，随后低温退火步骤来实现。退火工艺导致结晶的CH₃NH₃PbX₃(以上引用的Noh等人)。

本发明解决包含液体电解质的装置的缺点，例如溶剂蒸发的问题和由尤其在温度循环测试中长期密封的困难引起的水渗透进入太阳能电池的问题。

本发明还解决不完全的孔填充的缺点，这在包括有机空穴导体的装置中被观察到。特别地，空穴导体趋于不同样地渗透穿过使用多孔半导体阳极的敏化的太阳能电池的介孔膜。此外，本发明解决对于现有技术中使用的导体观察到的低的空穴迁移率的问题，其相对于液体电解质是低的。

除了以上问题，低温可加工的介孔金属氧化物已经被广泛地开发用于染料敏化的太阳能电池。然而，迄今为止最有效的装置仍旧需要在500℃下热处理若干次。以前，在基于卤化物钙钛矿吸收剂的太阳能电池中，高温烧结步骤被用于在TCO(透明导电氧化物)上的紧密的层和多孔电子传输氧化物膜两者。这从根本上限制使用柔性塑料基材用于太阳能电池的制造。降低加工温度在降低使用任何柔性基材上的太阳能电池中的成本和多功能性，和加工多连接太阳能电池两者方面都是重要的。

本发明解决以上描述的问题。

发明概述

显著地，在某些方面，本发明人提供用于在相对地低温制造工艺中制备太阳能电池的工艺，这允许使用塑料作为用于太阳能电池的基材。此外，在某些方面，相比于当前技术状态的装置，本发明人提供包括平的和/或平滑的半导体层的太阳能电池。令人惊讶地，本发明的太阳能电池实现高的功率转换效率。此外，在某些方面，本发明人令人惊讶地提供用于制造太阳能电池的新的方法以及新颖的太阳能电池。