[发明专利]一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池

说明书

一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池，涉及钙钛矿太阳能电池。设有依次叠加的导电衬底、复合电子传输层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和背电极；复合电子传输层由氧化锌、氧化镁和质子化乙醇胺构成；钙钛矿薄膜层的化学式为ABX₃，A为正一价离子甲铵、甲脒铵、Cs⁺、Rb⁺等中的至少一种，B为正二价离子Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等中的至少一种，X为F^‑、Cl^‑、Br^‑、I^‑等中的至少一种。ZnO具有高电子迁移率，具有比TiO₂更高的电子传输能力。ZnO表面修饰的MgO可在界面处减少界面电荷的复合，分子内质子化的EA⁺可实现与钙钛矿的有效接触，加快电子的提取速度，释放界面积累的电荷。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池，尤其是涉及一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

有机金属卤化物钙钛矿太阳能电池在短短几年内迅速发展成为下一代新型薄膜光伏电池中最有希望的候选者之一。目前认证的光电转换效率达到22.7％，几乎接近了业界旗舰材料硅的最高效率。然而，迟滞问题、稳定性以及进一步效率提高仍然限制了钙钛矿太阳能电池的产业化应用，这些问题可能跟各活性层间的不完全接触和过多的界面电荷复合有关，因为常用的空穴传输材料有机半导体(比如螺二芴spiro-OMeTAD)可以与钙钛矿形成良好的界面接触。因此解决电子传输层和钙钛矿层间的不良接触应该是钙钛矿电池接下来发展的一大重点研究方向。在电子传输层和钙钛矿的界面进行界面改性和接触钝化，对优化钙钛矿电池整体性能和稳定性至关重要。众所周知，ZnO具有宽的能带间隙，比常用的电子传输层TiO₂具有更高的电子传输能力，因此ZnO是实现电子从钙钛矿层快速提取和传输的最理想的电子传输层材料之一。然而，ZnO/钙钛矿界面存在严重的界面电荷复合，而且文献报道(Chem.Mater.2015,27,4229)发现：在高于90℃的温度下，在ZnO/MAPbI₃界面处的钙钛矿中的甲基铵阳离子MA⁺很容易被ZnO夺去质子而释放出甲胺MA，造成钙钛矿快速分解。因此，寻求合适和简单的方法改性ZnO层对进一步优化钙钛矿电池性能和稳定性非常重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对氧化锌电子传输层的电子迁移率高，但因其表面的碱性较强，与钙钛矿吸光层接触后容易造成钙钛矿分解，导致整个电池损坏，降低其效率，也加剧其迟滞效应，提供一种复合电子传输层结构的钙钛矿太阳能电池。

本发明设有依次叠加的导电衬底、复合电子传输层、钙钛矿薄膜层、空穴传输层和背电极；所述复合电子传输层由氧化锌(ZnO)、氧化镁(MgO)和质子化乙醇胺(EA⁺)构成；所述钙钛矿薄膜层的化学式为ABX₃，其中A为正一价离子甲铵、甲脒铵、Cs⁺、Rb⁺等中的至少一种，B为正二价离子Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺等中的至少一种，X为F^-、Cl^-、Br^-、I^-等中的至少一种；

所述导电衬底可为透明导电衬底。

所述复合电子传输层的厚度可为20～100nm；所述钙钛矿薄膜层的厚度可为200～800nm；所述空穴传输层的厚度可为50～250nm。

所述复合电子传输层是由醋酸镁(MgAc₂)和EA修饰ZnO致密层，经过退火得到了MgO和分子内质子化EA⁺修饰ZnO表面的复合电子传输层。