[发明专利]一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的透明导电基底A、光阳极层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、对电极层和透明导电基底B；其中对电极层为透明聚合物对电极层。本发明的制备方法包括以下步骤：（1）在透明导电基底A上制备光阳极层；（2）在光阳极层上制备钙钛矿吸收层；（3）在钙钛矿吸收层上制备空穴传输层；（4）采用循环伏安法在透明导电基底B上通过电化学聚合制备透明聚合物对电极层，将制备的透明聚合物对电极层盖在空穴传输层上，干燥，即得到可双面进光的钙钛矿太阳能电池。本发明的可双面进光的钙钛矿太阳能电池采用聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩作为透明对电极，相比于纳米晶金薄膜对电极及铂对电极成本低廉。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，太阳能作为一种丰富且可持续利用的能源，吸引越来越多的科研人员致力于开发各类光伏器件，使其成为本世纪最具战略意义的研究领域。2009年以来，纳米晶薄膜太阳能电池因其工艺简单、成本低廉、工艺简单及环境友好等优点成为了光伏器件领域的研究热点。其中，无机/有机杂化钙钛矿太阳能电池是除染料敏化、量子点敏化太阳能电池、有机太阳能电池之外又一具有独特光电性能的新型纳米晶薄膜太阳能电池，其在光电转化效率、成本等方面均显示出巨大的优势。自2009年，以钙钛矿型有机铅卤化物CH3NH3PbX（X=Cl, I, Br）为吸光材料的钙钛矿太阳能电池首次被提出后，其光电转换效率不断提升。短短两年后，其光电转换效率已达到20.1%，并被《Science》评选为2013年十大科学突破之一，显示了极高的发展应用潜力，是新一代纳米晶薄膜太阳能电池研究的主要方向。

实现太阳能电池高转化效率的重要途径是进一步提高光伏器件对太阳光的光捕获和能量产生效应。而双面进光结构的钙钛矿太阳能电池可以使其能量产生效率大大提高。双面进光太阳能电池是指太阳光能同时从光阳极（正面入射）和对电极入射（反面入射），此时器件在正、反面入射模式下都能工作，并且双面进光太阳能电池可实现整个器件的透明化。

双面进光钙钛矿太阳能电池的研究核心在于透明对电极。对电极在钙钛矿太阳能电池中起到有效传输空穴传输层及外电路载流子的作用；对电极的导电能力、电催化活性以及化学稳定性等方面的性能很大程度上决定了整个器件的光电性能。目前，在钙钛矿太阳能电池研究领域广泛采用的对电极材料为昂贵的纳米晶金薄膜，一方面如果要将其做成透明对电极，金薄膜厚度要控制在10 nm (Eperon, G.E.; Burlakov, V.M.; Goriely,A.; Snaith, H.J. Neutral color semitransparent microstructured perovskitesolar cells, ACS Nano, 2014, 8 ,591.) 左右，此时金对电极的光透过率仅为20%。若通过减少厚度来增加对电极的光透过率，则又会因为削弱了金薄膜导电和光催化能力而降低器件的光电转化性能 (Fang, X.; Ma, T.; Guan, G.; Akiyama, M.; Kida, T.; Abe,E. Effect of the thickness of the Pt film coated on a counter electrode onthe performance of a dye-sensitized solar cell. J. Electroanal. Chem. 2004,570, 257) ；另一方面金薄膜一般通过磁控溅射或者热喷涂等高能耗高真空的设备进行制备，这大大增加了钙钛矿太阳能电池的制作成本，金对电极的使用使得钙钛矿太阳能电池几乎不可能投入大规模的生产及应用。因此，进一步提高光伏器件对太阳光的光捕获和能量产生效应，进而提高器件光电转换效率，同时解决钙钛矿太阳能电池中对电极制备过程复杂且成本过高的技术问题是目前太阳能电池领域必须要解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。