[发明专利]一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机无机杂化的钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种的湿度环境下制备的无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

随着社会的发展，当今的人们面临着环境污染，资源短缺等问题，寻找和发展清洁可再生能源已经成为人们的当务之急。研究人员在不断的探索寻求新的无污染的能源来代替不可再生能源。太阳能因为其无污染，可再生，数量大，使用地域不受限制等优势成为研究者们的重点研究对象。目前硅电池的市场占有率值很高，但是，硅电池的制造过程及其高昂的造价，使得研究人员去探寻一种新的太阳能电池结构。

2009年，一种新型的太阳能电池采用钙钛矿结构的CH3NH3PbX3作为光电转换材料，因此被称为钙钛矿型太阳能电池。自此短短几年内，钙钛矿太阳能电池提升的效率十分明显，从2009年的 3.8%( Kojima A, Teshima K, Shirai Y, Miyasaka T. Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells[J]. J. Am. Chem. Soc, 2009,131(17) :6050-6051)，发展至今最大能量转换效率超过22.1 % (NREL, Best Research-Cell Efficiencies [M] http://www.nrel.gov/ncpv/images/ efficiency_chart.GIF. )。由于钙钛矿太阳能电池制备的原料廉价、制备成本低、能量转换效率较高，因而在太阳能领域具有巨大的潜在应用价值，将在未来能源结构中占有重要的地位。

常规的钙钛矿太阳能电池主要有ITO或FTO电极、电子传输层（ETM）、钙钛矿光吸收层、空穴传输层（HTM）和金属电极（通常为Au或Ag）组成。当太阳光激发时，钙钛矿层会产生光生电子和空穴，其中电子经电子传输层到达阳极，然后通过外电路转移至阴极；空穴经空穴传输层到达阴极，至此，完成一个电路回路。由于电子传输层是连接FTO（或ITO）阴极与钙钛矿吸光层的关键界面层，肩负着电子输运和能级匹配的重要功能，因此通常情况下都是不可以省去的。

钙钛矿太阳能电池需要在无水无氧的手套箱中制备、稳定性差等问题，限制了钙钛矿电池的实际应用。钙钛矿有机无机杂化材料在水氧条件下制备会导致其钙钛矿薄膜降解，采用疏水材料作为电子传输层能够有效地隔绝水对钙钛矿薄膜的降解，同时选用电子传输性能好的材料能够有效地增大电流密度，降低串联电阻，获取高性能的电池。同时光磁滞效应也是钙钛矿电池不可忽视的问题，J-V曲线的扫描速度以及扫描方向均能引起其效率的变化，有时候影响很大，所以无光磁滞的钙钛矿电池制备也是人们所追求的。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿太阳能电池通过基于PC₇₁BM与C₆₀复合结构做电子传输层，有效的阻止由水分、氧气和光等，同时PC₇₁BM与C₆₀复合结构能有效的降低串联电阻，提高电子传输能力，从而在湿度环境比较大的条件中制备钙钛矿太阳能电池。

技术方案

一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池，所述电池自下而上依次为：透明衬底层、透明阳极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、复合电子传输层、空穴阻挡层、金属阴极层。

所述钙钛矿吸光层中所用的材料为PbI₂与CH₃NH₃I制备的钙钛矿晶体CH₃NH₃PbI₃；所述空穴传输层材料为PEDOT：PSS；所述金属阴极材料为Al、Ag、Au中的一种；所述透明阳极材料为ITO；所述透明衬底材料为透明玻璃。

所述复合电子传输层为两层结构，下层为PC₇₁BM富勒烯衍生物，上层为C₆₀。

所述空穴阻挡层材料为有机小分子材料BCP。

所述空穴传输层的厚度为25 nm，钙钛矿吸光层的厚度为100~300 nm，复合电子传输层的厚度为30~50 nm，空穴阻挡层的厚度为10 nm，金属阴极层的厚度为120 nm。

一种无光磁滞效应的钙钛矿太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：