[实用新型]一种无机有机CuI/PEDOT:PSS复合空穴传输层的柔性钙钛矿太阳能电池

说明书

本实用新型公开了一种无机有机CuI/PEDOT:PSS复合空穴传输层的柔性钙钛矿太阳能电池。主要包括钛箔、阳极氧化制备的二氧化钛纳米管阵列、钙钛矿薄膜、CuI无机空穴传输层、PEDOT:PSS有机空穴传输层、金属电极。本实用新型主要是在钙钛矿层和PEDOT：PSS之间加一层无机空穴传输层CuI。因为PEDOT：PSS具有吸潮性，如果直接和钙钛矿层接触，会直接使钙钛矿层分解影响电池的稳定性，加入一层CuI层可以提高电池的稳定性。并且CuI的电导率比一般的有机空穴传输层高两个量级，加入CuI可提高空穴电导率和空穴迁移率，降低复合率。而且CuI和PEDOT：PSS相比于spiro‑OMeTAD较为廉价，可有效降低电池制造成本。

技术领域

本实用新型属于光电子器件领域，具体涉及一种柔性钙钛矿太阳能电池的结构。

背景技术

钙钛矿材料CH₃NH₃PbI₃从2009年首次用于染料敏化太阳能电池中效率达到3.8％，经过短短七年其效率已经达到22.1％。并在2013年被《科学》杂志评为年度十大科技进展之一，是第三代太阳能电池中最有潜力的材料之一。

钙钛矿材料主要指的是具有钙钛矿结构的材料，结构式为ABX₃(A＝CH₃NH₃⁺， B＝Pb²⁺，X＝Cl^-，I^-，Br^-)。其中最常用的为CH₃NH₃PbI₃，主要归因于其为直接带隙，并且带隙可调，而且在整个可见光范围均有较高的光吸收系数，有较好的电学性质能够进行双极性载流子运输。虽然CH₃NH₃PbI₃有如此明显的优势，但是依然存在一定的缺陷。例如其不稳定性，并且传统的有机空穴传输层的空穴迁移率低。

在太阳能电池领域，刚性电池在一定条件下有一定的局限性，因此柔性钙钛矿太阳能电池也得到科学家的广泛研究。其中柔性钙钛矿太阳能电池大多数以塑料为衬底。2014 年首次使用以金属钛为衬底的柔性钙钛矿电池(Lee M,Jo Y,J.Mater.Chem.A,2015,3:4129)，为柔性钙钛矿的制备拓宽了领域，但是使用金属衬底之后对电极就必须使用透光性好的材料，例如昂贵的spiro-OMeTAD，这就大大限制了这种太阳能电池结构的发展。

透光性好的空穴传输层材料常用的PEDOT：PSS，由于其是水溶液仅被用于反向结构的电池中，并将其效率做到18％，但是由于其容易吸潮，从而影响电池的稳定性。(Nie W，Tsai H，Asadpour R，Blancon J C.High-efficiency solution-processed perovskitesolar cells with millimeter-scale grains.Science，2015,347,522)。本实用新型是将PEDOT：PSS用于正向钙钛矿太阳能电池中，并且为了增加其稳定性在PEDOT：PSS和钙钛矿中再加入一层空穴传输层CuI，由于CuI的电导率比常用的有机空穴传输层高出两个量级，因此增加稳定性的同时可以增加空穴传输层的电导。

发明内容

本实用新型目的为了替代昂贵的spiro-OMeTAD，以及增加其稳定性。提供一种无机有机CuI/PEDOT:PSS复合空穴传输层的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

本实用新型提供的钙钛矿太阳能电池的结构从下到上依次为金属钛箔、TiO₂纳米管阵列、钙钛矿吸光层、CuI空穴传输层、PEDOT:PSS空穴传输层、铜电极。

本实用新型的优点在于充分利用PEDOT：PSS的透光性优点和CuI的高空穴迁移率以及高电导率。在PEDOT：PSS和钙钛矿层加入CuI薄膜，使PEDOT：PSS不仅仅适用于反向钙钛矿太阳能电池，而且增加了太阳能电池的稳定性和空穴传输层的电导率。