[发明专利]一种双层电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双层电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述电池包括依次叠层的透明导电基体、半导体电子吸收层、钙钛矿薄膜、(空穴传输层)和双层结构碳电极，其中第一层电极为具有电荷选择性吸收和纵向传输功能的结构层，能够增加钙钛矿或空穴传输层与碳电极之间接触面积，避免大量微米级的未接触区域，减少电荷传输距离，使空穴能够及时萃取出来，减少电子和空穴的复合；第二层碳电极是具有良好横向电荷传输功能的结构层，便于电极上的空穴能够及时汇流导出，提高电池效率。该双层结构碳电极同时兼顾了钙钛矿电池中碳电极与钙钛矿的良好接触和碳电极的导电性问题，具有制备简单，经济实用，便于大面积生产的优势。

技术领域

本发明涉及材料科学技术、薄膜制备技术和太阳电池制备技术领域，特别是涉及一种双层电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着环境污染以及能源枯竭问题越来越严重，太阳能电池等清洁能源的利用是目前研究的热点，也是未来发展的必然趋势。近年来，钙钛矿结构的有机-金属卤化物作为一种光吸收材料，因其优异的性质引起光伏界的极大关注，并获得了迅猛的发展。传统的钙钛矿电池是由透明导电基底、电子传输层、钙钛矿薄膜、空穴传输层(HTM)、阴极导电层组成，目前该类型电池的已认证的最高效率达到22.1％。但是目前该类电池仍然存在很多问题。传统的钙钛矿电池通常使用贵金属如Au、Ag作为电极，其昂贵的成本以及蒸镀的工艺限制了钙钛矿电池的大规模、低成本、连续化生产。因此，经济稳定的碳电极钙钛矿电池必将是以后钙钛矿太阳能电池发展的趋势。

目前使用的碳电极在电池制备过程中起导电作用的是石墨和炭黑颗粒。其中炭黑的加入增加了钙钛矿与碳电极之间的界面接触，石墨的加入起到增加碳电极横向导电能力的作用。但是石墨由于尺寸太大，一般都在5～20μm，使得碳电极与钙钛矿薄膜之间的接触面积大大减少，钙钛矿薄膜与碳电极之间存在大量微米级别的未接触区域。因为钙钛矿中电荷的传输距离一般小于1μm，因此为了要兼顾横向导电性而加入的石墨片，造成了大量的微米级别、有些甚至10μm的未接触区域，造成钙钛矿薄膜中电子和空穴复合几率大大增加，不利于空穴及时导出。所以，目前的方法在不能同时兼顾钙钛矿薄膜与碳电极之间接触以及碳电极导电的问题，因此寻求合适的方法改善目前的问题具有深远意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层电极的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过制备双层电极能够同时兼顾钙钛矿薄膜与碳电极之间接触以及碳电极导电的问题，具有简单易操作，便于大面积生产等优点。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种双层电极的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由从下到上依次叠层设置的透明导电基体、电子传输层、钙钛矿薄膜以及双层电极构成；其中双层电极包括层叠的第一层电极和第二层电极，第一层电极位于钙钛矿薄膜上方且与钙钛矿薄膜直接相连，第二层电极位于第一层电极的上方且与第一层电极相连；

第一层电极由导电微细填料与粘连剂构成，导电微细填料为碳材料且颗粒尺寸小于1μm。

优选地，钙钛矿太阳能电池还包括空穴传输层，空穴传输层设置在钙钛矿薄膜上方，第一层电极位于空穴传输层上方且与空穴传输层直接相连。

优选地，所述导电微细填料为碳纳米管、碳纤维、碳微球、炭黑中的一种或几种；所述粘连剂为聚丙烯酸酯或聚氨酯类树脂；第一层电极导电微细填料与粘连剂的质量比为(2～9)：1。

优选地，第一层电极的厚度为3～50μm；第一层电极与钙钛矿薄膜之间具有交互区，交互区的厚度为10～70nm。

优选地，第二层电极为工业导电薄膜或者涂覆导电浆料而成的薄膜，或者工业导电薄膜与涂覆导电浆料而成的薄膜的组合；

所述工业导电薄膜为高分子导电膜、铜胶带、铝胶带、石墨纸中的一种或多种；

涂覆导电浆料而成的薄膜包括由粘连剂粘连的导电细微颗粒和微米级导电材料。