[发明专利]一种双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

一种双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法，本发明之双面光响应钙钛矿太阳能电池，包括依次叠层的透明导电基底、光阳极吸光层及透明复合对电极；所述透明复合对电极由具有多激子特性以及紫外或可见或红外吸光特性的量子点修饰的透明导电高分子聚合物组成，制备对紫外或可见或红外具有光响应的复合透明对电极。本发明还包括所述钙钛矿太阳能电池的制备方法。本发明的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池采用窄带隙量子点修饰的高分子透明导电聚合物薄膜作为对电极，通过双面光响应的设计将钙钛矿太阳能电池的光吸收范围扩展至近红外波段，同时能提高器件加强可见光部分的再利用率，从而将太阳能电池的光电转换效率提高30%以上。

技术领域

本发明涉及太阳能电池领域，尤其涉及一种基于量子点/导电高分子透明复合对电极的低成本双面光响应钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，光电器件领域的研究取得了巨大进展，逐渐成为本世纪最具战略意义的研究领域之一。作为新型太阳能电池，有机-无机杂化钙钛矿太阳能电池受到了世界科学家的广泛关注，自2009年首次以3.8%的光电转换效率出现后，其效率在短短6年内已经超过22%，成为19世纪70年代以来光伏技术领域最有意义的突破。传统的钙钛矿太阳能电池主要由光阳极（如TiO₂+钙钛矿吸光材料），空穴传输层（HTM）以及对电极组成。钙钛矿吸光材料（CH₃NH₃PbX₃，X=Cl, I, Br）的能带介于1.5~2.2 eV之间，使得钙钛矿型有机铅卤化物具有良好的可见光吸收特性，如钙钛矿型甲胺铅碘(CH₃NH₃PbI₃)能够吸收几乎整个可见光波段(400-800 nm)的光，但钙钛矿太阳能电池对高能及低能光子（紫外及红外光）的利用率却是很低。因此，扩展器件对太阳光谱中高能及低能光子（紫外及红外光）的利用率，同时加强可见光部分的再利用率是提高钙钛矿太阳能电池光电性能的关键。纳米复合组装及界面调控制备窄带隙量子点和复合吸光剂成为改进钙钛矿太阳能电池光谱吸收及光电转换的有效方法之一。中国专利申请201410697608.4中公开了一种钙钛矿-硫化铅量子点叠层太阳能电池及其制备方法，该钙钛矿/量子点复合光敏剂可以用以拓展器件红外吸光性能。虽然近年来复合吸光剂的应用在拓展器件光响应范围上取得一定的进展，但由于两种吸光材料存在于同一个进光面（光阳极）上，对光的吸收存在一定的竞争关系，同时使得光阳极存在较为突出的电子复合问题，器件光电效率的提升并不是很理想。同时，在钙钛矿太阳能电池中常用的空穴传输材料为导电高分子spiro-OMeTAD、P3HT等。但高纯度的spiro-OMeTAD和P3HT等的价格极为昂贵，接近金价的几十倍，这使得钙钛矿太阳能电池的成本会极大的提高，阻碍了其大规模的商业化应用。

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，提供一种成本较低、双面光响应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本发明解决其技术问题采用的技术方案为：

本发明之双面光响应钙钛矿太阳能电池，包括依次叠层的透明导电基底、光阳极吸光层及透明复合对电极；所述透明复合对电极由具有多激子特性以及紫外或可见或红外吸光特性的量子点（量子点即Quantum Dots，英文缩写QDs）修饰的透明导电高分子聚合物组成，制备对紫外或可见或红外具有光响应的复合透明对电极。

所述量子点为CdSe、CdS、Ag₂Se、Ag₂S、PbS、石墨烯等中的至少一种。

优选的，所述透明导电高分子聚合物为具有空穴传输能力的多孔有机聚苯胺（Polyaniline, PANI)，或聚3,4-亚乙基二氧噻吩与聚苯乙烯磺酸盐的混合物[Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)和poly(styrenesulfonate), PEDOT和PSS]。以纳米结构的复合组装与界面调控为手段，制备具有良好能级匹配及高效载流子传输性质的透明复合对电极。