[发明专利]一种耐弯折钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池领域。

背景技术

随着能源危机的日益加剧，迫使各国在太阳能电池等新能源领域投入了大量的人力、物力和财力。钙钛矿太阳能电池具有高效、成本低、质轻、柔性、可大面积印刷等特点，使其成为下一代具有商业化应用前景的绿色能源。钙钛矿太阳能电池最初是由钙钛矿活性层制备于致密TiO₂及介孔TiO₂覆盖的氟掺杂氧化锡(FTO)负极上，随后制备空穴传输层及一种高功函的正极（如：金）的传统结构来实现的。然而由于以下因素的影响：1.缺乏长期稳定性；2. 钙钛矿晶体的易脆性。这种传统结构的钙钛矿太阳能电池器件稳定性较差，光电转化效率衰减较快，不利于大面积商业化生产。

为提高钙钛矿太阳能电池的性能同时解决稳定性问题，如何提高钙钛矿薄膜质量是问题的关键。迄今为止，已经采用多种方法来制备高质量的钙钛矿活性层，例如使用氯化物添加剂来降低结晶速率，滴加反溶剂来制备光滑且表面覆盖度高的钙钛矿薄膜等。除此之外，聚合物被用作添加剂加入到钙钛矿前驱体中，有效地提高了钙钛矿薄膜的形貌以及表面覆盖率从而获得高性能的钙钛矿太阳能电池。如使用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)促进均匀成核同时改善钙钛矿薄膜的覆盖度，将聚乙二醇(PEG)加入钙钛矿前驱体中通过延缓钙钛矿晶体的生长和聚集来调控钙钛矿薄膜的形貌等等。最近，Grätzel等人通过使用聚甲基丙烯酸(PMMA)作为模板来控制钙钛矿薄膜的成核与结晶，从而制备出认证效率高达21.02%的高质量钙钛矿薄膜。这些都表明了聚合物将是提高钙钛矿太阳能电池性能极具影响力的候选者。

聚氨酯具有良好的光学及力学性能，在可见光范围内的高透过率，高弹性，粘稠性以及低温可溶液制备等优点，使聚氨酯成为一种理想的调控钙钛矿晶体成核结晶，同时提高钙钛矿薄膜力学性能的材料。但是，聚氨酯材料的导电性能较差，因此一直未被应用于钙钛矿太阳能电池。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题和不足，提供一种能够有效提高太阳能电池光电转换效率、稳定性及耐弯折性能的钙钛矿太阳能电池。本发明工艺简单、低温、低成本、可工业化大规模生产高性能柔性太阳能电池器件。

本发明是通过以下技术方案实现的。

本发明所述的一种耐弯折钙钛矿太阳能电池，其可为正式结构或反式结构。

所述的正式结构依次包括透明衬底、负极、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层、正极；所述的反式结构依次包括透明衬底、正极、空穴传输层、钙钛矿活性层、电子传输层、负极。

所述钙钛矿活性层由钙钛矿材料和添加剂组成，其中添加剂为聚氨酯，优选聚酯型聚氨酯、聚醚型聚氨酯、弹性体或热塑弹性体聚氨酯。

所述的钙钛矿材料为CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbI_3-xCl_x或(FAPbI₃)_1-x(MAPbBr₃)_x，钙钛矿活性层厚度为200 nm ~ 300 nm，添加剂聚氨酯按0.01 wt% ~ 5wt%质量浓度添加至钙钛矿前驱体溶液。

本发明所述的钙钛矿活性层按以下步骤制备。

（1）在手套箱中，将聚氨酯材料加到N,N-二甲基甲酰胺（DMF）溶剂中配成浓度为5 mg mL^-1 ~ 20 mg mL^-1的溶液，60℃磁力搅拌1 h~ 2 h，溶解备用。

（2）将上述聚氨酯溶液按质量浓度0.01 wt% ~ 5wt%加入至钙钛矿前驱体溶液中，60℃磁力搅拌10 min ~ 20 min，形成混合前驱体溶液，然后再将上述含有聚氨酯的钙钛矿前驱体溶液旋涂甩干后退火，得到相应钙钛矿活性层。

本发明所述的钙钛矿太阳能电池的制备步骤如下。

正式结构。

（1）将含有ITO或FTO的玻璃基底清洗干净，在基底上制备得到钙钛矿太阳能电池的电子传输层。

（2）将钙钛矿活性层材料溶解后制备在界面层上，即得到钙钛矿活性层。

（3）将钙钛矿活性层进行干燥退火。

（4）将空穴传输层材料溶解后旋涂在钙钛矿活性层上。

（5）最后在真空条件下（1×10^-4 pa）蒸镀一层金属正极。

反式结构。