[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体为一种钙钛矿太阳能电池。

背景技术

随着能源的消耗，能源危机及环境问题已经成为当前世界面临的重要问题，而太阳能光伏发电成为解决人类能源危机与环境污染的理想方案。高的功率转换效率和低的制造成本是能普及推广光伏发电的前提条件。因此，高效率和低成本是人们在太阳能电池领域不断追求的目标。

在当前太阳能电池发展领域，硅电池以其成熟的工艺、高的光电转化效率在各类光伏器件中占主导地位，但昂贵的价格限制了这类电池的广泛应用。自2009年首次报道钙钛矿太阳电池，钙钛矿太阳电池近年来得到快速发展，2016年其实验室功率转换效率已达到25.5%，高效率、低成本、制备工艺多样化的特点使其成为最具市场潜力的新型太阳能电池。

倒置结构平面异质结钙钛矿太阳电池一般由透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、对电极构成。在此结构体系中，目前广泛使用的空穴传输层是酸性聚合物，具有成本高、稳定性差、与钙钛矿吸光层能级不匹配等问题，限制了钙钛矿太阳电池长期使用的要求。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出一种钙钛矿太阳能电池，其相对于现有技术转换效率、开路电压更高。

为实现上述技术目的，本发明采取的具体技术方案为，一种钙钛矿太阳能电池，包括从下到上依次布置的透明导电电极层、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层、空穴阻挡层以及金属电极层；所述空穴传输层采用红荧烯制备而成，或者采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备而成，其中PEDOT:PSS与红荧烯的厚度比为5：（3-5）。

作为本发明改进的技术方案，当空穴传输层采用红荧烯制备时，厚度为30-50nm。

作为本发明改进的技术方案，当空穴传输层采用PEDOT:PSS与红荧烯复合材料制备时，厚度为70-90nm。

作为本发明改进的技术方案，空穴传输层是采用真空蒸镀法、溶液旋涂法或者原子层沉积法覆于钙钛矿吸光层上。

作为本发明改进的技术方案，透明导电电极层采用ITO、FTO、石墨烯、氧化石墨烯、碳纳米管、银纳米线或网格状金属制备而成。

作为本发明改进的技术方案，钙钛矿吸光层采用ABX₃结构的材料制备而成，A为CH₃NH₃、NH=CHNH₃、HOOC-(CH₂)₄-NH₃或Cs；B为Pb或Sn；X为卤素。

作为本发明改进的技术方案，所述的钙钛矿吸光层采用液相一步法、液相两步法、气相共蒸发沉积法或气相辅助液相法制备而成。

作为本发明改进的技术方案，所述电子传输层采用 PC₆₁BM或PC₇₁BM制备而成。

作为本发明改进的技术方案，所述空穴阻挡层采用2,9-二甲基-4,7-联苯-1,10-邻二氮杂菲制备而成。

作为本发明改进的技术方案，所述的金属电极层采用铝、银或金制备而成。

有益效果

本申请中将红荧烯应用于太阳能电池中，有效避免光电转化产生的空穴在空穴传输层中的损耗，增强了钙钛矿电池的吸光层成膜特性、提高了太阳能电池的光电转化效率与开路电压；并可采用现有技术中的溶液法或真空蒸镀法加工制造，也可直接用于现有钙钛矿太阳能电池的改进，有效降低钙钛矿太阳电池的成本。

附图说明

图1是实施例中本发明所使用的钙钛矿太阳能电池的结构示意图；

图2是实施例中标准太阳光照（AM 1.5G, 100 mW·cm^-2）下基于不同空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的电流密度-电压曲线；

图3是实施例中采用不同空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的外量子效率曲线；

图中，1、透明导电电极层；2、空穴传输层；3、钙钛矿吸光层；4、电子传输层；5、空穴阻挡层；6、金属电极层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。