[发明专利]一种在极低温度下具有大电流输出的钙钛矿太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于光电子材料与器件技术领域，更具体地，涉及一种在极低温度下具有大电流输出的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

绿色、安全和可再生的太阳能使光伏发电是解决人类能源危机与环境污染的理想方案；高光电转换效率和低制造成本是全面推广光伏发电的两个前提条件。因此，兼具高效率和低成本特性的太阳能电池是人们不断追求的目标。

目前，商用太阳能电池在市场上占主导地位的硅太阳能电池仍不能满足低成本与效率和稳定性兼顾的需求；钙钛矿太阳能电池在近两年发展迅速，在国际上掀起了一个研究热潮。钙钛矿结构材料由于带隙可调、具有高的吸光系数和双极性载流子迁移率以及可溶液法制备等特点，使钙钛矿太阳能电池能用简单的结构和低成本的制备方法获得高的光电转换效率。

有机/无机杂化钙钛矿，将有机和无机组分材料二者的优点结合在了一个分子内，既保留了无机组分较高的迁移率、热稳定性、介电性以及较低的禁带宽度等物理特性，又兼具了有机组分(如：有机铵盐)优良的自组装与成膜性。因此，与单一的无机或有机材料相比，有机/无机杂化钙钛矿具有制备工艺简单、低成本以及大面积成膜等显著的优势。

有机/无机杂化钙钛矿太阳能电池，与其它类型的太阳能电池相比，其器件结构具有多样性，可分为介孔钙钛矿太阳能电池、正式平板钙钛矿太阳能电池、反式平板钙钛矿太阳能电池、单质结钙钛矿太阳能电池等四种结构，其器件结构多样，源于上述有机/无机杂化钙钛矿材料本身作为吸光材料的同时，又具有高的电子和空穴迁移率以及易于成膜等显著的优势。

虽然目前钙钛矿太阳能电池效率上有较大的优势，但钙钛矿材料具有不稳定性，空气中的水蒸汽会加速钙钛矿材料的分解；并且应用到钙钛矿太阳能电池的有机空穴传输层在极低温度下性能很差，极大影响到钙钛矿太阳能电池在极低温度下的性能。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在极低温度下具有大电流输出的钙钛矿太阳能电池，其目的在于解决现有钙钛矿太阳能电池在低于热力学温度160K的极低温度下无电流输出的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种在极低温度下具有大电流输出的钙钛矿太阳能电池，包括从下自上依次层叠的导电透明衬底、无机电子传输层、阻隔层、无机空穴传输层及碳电极；其中，无机电子传输层、阻隔层、无机空穴传输层及碳电极均填充有钙钛矿吸光材料；

导电透明衬底用于传输电子，无机电子传输层用于提取钙钛矿吸光材料中的电子并传输，阻隔层的功能在于防止电子与空穴在无机电子传输层与无机空穴传输层的界面处发生复合，无机空穴传输层用于空穴的提取，碳电极用于传输电荷。

优选的，上述的钙钛矿太阳能电池，其导电透明衬底的材料为FTO导电玻璃；无机电子传输层为填充有钙钛矿吸光材料的TiO₂介孔层，阻隔层为填充有钙钛矿吸光材料的Al₂O₃介孔层，无机空穴传输层为填充有钙钛矿吸光材料的NiO介孔层，碳电极材料为填充有钙钛矿吸光材料的炭黑和石墨。

优选的，上述的钙钛矿太阳能电池，无机电子传输层、阻隔层、无机空穴传输层及碳电极填充的钙钛矿吸光材料为CH₃NH₃PbI₃钙钛矿。

为实现本发明目的，按照本发明的另一方面，提供了一种极低温度下具有大电流输出的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括如下步骤：

(1)制备空白模；包括如下子步骤：

(1.1)将FTO导电玻璃清洗烘干，作为透明导电衬底；

(1.2)将TiO₂浆料印刷到透明导电衬底上，在加热板上烧结形成具有孔洞的无机电子传输层；

(1.3)将Al₂O₃浆料印刷到无机电子传输层上，在加热板上烧结形成具有孔洞的阻隔层；

(1.4)将NiO浆料印刷到阻隔层上，在加热板上烧结形成具有孔洞的无机空穴传输层；

(1.5)将碳浆料印刷到无机空穴传输层上，在加热板上烧结形成碳电极，获得空白模；

(2)将CH₃NH₃I与PbI₂按照摩尔比1：1溶解在二甲基甲酰胺里并搅拌获得均匀的溶液，将均匀的溶液滴在空白模上并加热，获得钙钛矿太阳能电池。

优选的，上述的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其步骤(1.2)、步骤(1.3)、步骤(1.4)烧结的过程具体如下：