[发明专利]一种微孔钙钛矿结构的光伏材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光伏材料领域，特别涉及钙钛矿结构的光伏材料的领域。

背景技术

光伏材料是指能够将太阳能转换为电能的材料，主要为能够通过“光生伏特效应”将太阳能转换为电能的半导体材料，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅、GaAs、InP、CdS、CdTe等。其中硅基材料的光电转化率相对较高，但同时其制造成本也较高，而砷化镓等半导体材料原料稀少、制备效率低、稳定性差，在实际应用中受到了较大的限制。

钙钛矿结构的材料于2009年起首次作为光伏材料应用，其原料一般为廉价的铅、卤素、及胺盐，材料的禁带宽度较小，表现出良好的应用前景，其光电转化率从最初的3.8%发展到15.9%仅用了不到5年的时间，已经逐步接近硅基光伏材料的效率，部分学者进一步预言了其光电转化效率将很快超过单晶硅类的光伏材料，达到30%。

目前钙钛矿作为光伏材料使用时主要通过在基材上旋涂后再添加微孔介层、空穴传输层的方法制备太阳能电池，如公布号为CN104091888A的中国专利申请文件《一种钙钛矿结构型太阳能电池及其制备方法》中提出了首先在TiO₂/ZnO/TiO₂介孔层上旋涂碘化铅、氯化铅或溴化铅溶液，再于CH₃NH₃I溶液中浸泡，在加热条件下得到钙钛矿结构材料的活性吸光层，其上再旋涂空穴传输材料的技术方案，

公布号为CN104009159A的中国专利申请文件《钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法》中公开了在作为吸光层的钙钛矿结构的吸光材料与对电极之间添加空穴传输层共同组装成太阳能电池的技术方案。

上述现有技术中，空穴传输层都是独立于作为吸光层的钙钛矿结构的材料存在，通过在吸光层上另外涂覆空穴传输材料实现两者的组装。添加空穴传输层利于光生电流产生的同时空穴的传输，从而提高光电转换和传输效率，但光电流和空穴常常是同时产生的，且都发生在吸光层上，因此目前这种在吸光层上另外添加空穴层的方法，并不能完美地实现空穴在吸光层内部产生的同时即有效地传输出去的效果，即使在外电场作用下产生的空穴与电子对的复合概率还是较高，因此损失了光电转换效率与光电流传输效率。

基于上述考虑，将空穴传输材料与吸光材料直接在内部复合是一种较好的选择，若能够在不破坏钙钛矿基本结构的前提下将其制备成一种多孔材料，再与空穴传输材料相复合无疑是一种优良的技术方案。多孔材料按照其孔径大小可分为微孔材料、介孔材料与大孔材料，孔径越小，材料的比表面积越大，因此在多孔材料中微孔材料的比表面积最大，但微孔材料的孔径大小小于2nm，如何在如此小的孔径下将同样纳米尺度的空穴传输材料连接上也是一个技术难题。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种与空穴材料直接高效复合的钙钛矿结构的光伏材料，本发明的目的之二在于提供一种制备这种钙钛矿结构的光伏材料的过程简单、操作简便的制备方法。

本发明首先提出了以下技术方案：

一种微孔钙钛矿结构的光伏材料的制备方法，包括以下步骤：

1）微孔膜的生成

将片状或杆状的载体浸泡入卤化甲胺的有机溶液中，浸泡温度为40～60℃，浸泡时间为30～60min；浸泡结束后将所述载体取出，再放入均匀混合有发泡剂的卤化铅的有机溶液中进行第二次浸泡，所述第二次浸泡的温度为70～90℃，时间为40～70min；所述第二次浸泡结束后，所述载体表面会得到粘附的微孔结构的膜层，将该膜层从所述载体上进行剥离，即得到微孔钙钛矿膜；

2）双向拉伸

将上述微孔钙钛矿膜在发泡剂溶液或偶联剂溶液中进行双向拉伸，至其微观结构中出现明显银纹时为止，即得到复合前驱体；

3）复合

将粉末状的空穴传输材料分散于有机溶剂中，得到分散液，将上述复合前驱体放入所述分散液中，进行第三次浸泡，所述第三次浸泡的温度为30～40℃，浸泡时间为20～40min；所述第三次浸泡结束后将所述分散液中的膜取出干燥，即得到所述微孔钙钛矿结构的光伏材料。