[发明专利]大面积柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及光电能源领域，公开了一种大面积柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，所述电池的结构从下至上依次包括柔性透明电极、纳米蜂巢支架、钙钛矿层和金属电极层。本发明还包括大面积柔性钙钛矿太阳能电池的制备方法。与现有技术相比，本发明通过引入纳米蜂巢支架，可以改善电池器件的光谱利用率，不仅可作为光学谐振腔，提高大面积器件的光电转换效率和可重复性，而且还可作为力学缓冲层，有效释放弯折过程中所产生的应力，保护钙钛矿晶体层，从而有效提高电池器件的力学稳定性。

技术领域

本发明涉及光电能源领域，具体涉及一种大面积柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

在众多薄膜太阳电池中，有机无机杂化钙钛矿太阳电池因兼具低成本、溶液加工和优异的光电转换性能而在国际前沿研究领域上倍受关注。其中，甲基碘化铅胺(CH₃NH₃PbI₃)是最具代表性的材料之一，该类钙钛矿材料具备吸收强、迁移率高、载流子寿命长、可调控带隙和可采用多种方式加工等优点，使得钙钛矿型结构CH₃NH₃PbI₃不仅可以实现对可见光和部分近红外光的吸收，而且所产生的光生载流子不易复合，能量损失小，这是钙钛矿型太阳能电池能够实现高效率的根本原因。实践也证明，在过去短短6年时间里，钙钛矿太阳电池的能量转换效率已经从3.8％提高到22.1％，它的理论最大光电转换效率超过30％，而硅基太阳电池的理论转换效率仅限于27％，实际应用的只有25％。可见，钙钛矿太阳电池的能量转换效率已经逐步逼近硅基光伏材料的效率，加之，具有更低的材料成本和制备成本，未来钙钛矿太阳电池将有望超过硅基太阳电池，实现产业化而成为下一代薄膜太阳能电池。

目前，大面积钙钛矿太阳电池仍然存在一些问题，例如高效率钙钛矿太阳能电池器件主要是基于小面积的玻璃基底上制备的，电池的有效面积通常仅为0.1cm²左右，由于器件结构稳定性和可重复性差，造成了大面积器件的光电转换效率无法实现小面积器件的标准，难以达不到工业化的要求。可见，如何获得大面积的高转化效率器件是一大挑战。

一方面，柔性钙钛矿电池是拓展钙钛矿太阳能电池应用领域的关键要点，可实现钙钛矿电池的可穿戴化特点，然而现有技术中柔性钙钛矿太阳能电池的结构主要是移植玻璃基底高光电转换效率的结构，即通过以金属材料为基底，采用传统的介孔二氧化钛结构制备的柔性太阳能电池，成本高昂，且金属基底与钙钛矿层的接触较差，其光电转换效率在10％左右。例如，CN104795498A，CN105489767A、CN106229327A、CN106410032A和CN106129251A均是在柔性钙钛矿太阳能电池的设计上主要针对透明电极材料上进行替换，采用更耐弯折的透明导电薄膜替代易脆的金属氧化物薄膜。经过优化处理后的电池器件效率可以与金属氧化物透明电池器件效率相匹配，但是并没有针对更易脆的钙钛矿层的稳定性进行设计，对于器件整体的稳定性设计仍缺乏考虑。CN105870333A公开了一种基于氧化钨的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该发明在所述柔性衬底上设置氧化钨电子提取层，采用金属氧化钨电子提取层仅仅是易于低温结晶，且兼顾具有合适的价带、良好的稳定性和高电子传输能力，同样没有针对更易脆的钙钛矿层的稳定性进行设计，对于器件整体的稳定性设计仍缺乏考虑，而且光电转化效率是在只有0.1cm²的面积大小的电池上实现的，难以在大于1cm²的面积上实现10％以上的能量转换效率。