[发明专利]基于二维过渡金属碳化物或氮化物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明属于光伏太阳能电池技术领域，提供一种基于二维过渡金属碳化物或氮化物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。钙钛矿太阳能电池基本结构包括透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、对电极。二维过渡金属碳化物或氮化物MXenes可以透明电极、空穴传输层、对电极的任意一层；或同时替代透明电极、空穴传输层、对电极的任意两层；也或作为掺杂材料掺杂到钙钛矿吸收层、空穴传输层的材料中；或作为导电性材料涂覆于透明电极表面，增加透明电极的导电性；其它材料与常规钙钛矿太阳能电池材料相同。利用二维过渡金属碳化物或氮化物导电性良好的性质，可以增强透明电极的导电性；增加钙钛矿太阳能电池的稳定性及提高电池的效率。

技术领域

本发明属于光伏太阳能电池技术领域，提供一种基于二维过渡金属碳化物或氮化物的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

近年来，化石能源的枯竭和环境、能源问题日益加剧，迫切要求发展清洁的可持续发展的能源。太阳能的有效利用和转换发展很快，光伏器件可以帮助我们将这些光能转换成可以直接使用的电能。

钙钛矿太阳能电池(Perovskite solar cells,PSCs)是以有机金属卤化物作为吸光材料的新型光伏器件，之所以被命名为钙钛矿太阳能电池，是因为这种有机无机复合材料具有ABX₃的钙钛矿晶型[Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,9757.]。

在短短的8年多的时间，实验室小面积器件的光电转换效率(PCE)从3.8％提高到22.7％[https://www.nrel.gov/pv/assets/images/efficiency-chart.png]。钙钛矿太阳能电池分为正式结构钙钛矿太阳能电池和反式结构钙钛矿太阳能电池。无论是哪种钙钛矿太阳能电池都由透明电极、电子传输层材料、钙钛矿吸光层、空穴传输层材料及对电极构成[Chem.Soc.Rev.,2016,45,655,CN105304819A]。2013年，Science杂志列为十大科技突破之一[http://www.sciencemag.org/news/2013/12/sciences-top-10-breakthroughs-2013]。2015年11月，Science又评价了该类太阳能电池使低成本发电有望取得成功[Science,2015,350,917.]。与其它的光电转换器件相比较，钙钛矿太阳能电池有以下优点：从钙钛矿材料本身来说，它具备光吸收能力强、载流子寿命长、迁移率高、能带宽度合适并可调、加工方式多样化等优点；在电池制作方面，其制备工艺简单、成本低廉、原材料广泛[CN107146847A]。尽管钙钛矿太阳能电池获得了飞速发展，但诸多问题仍待解决：器件稳定性差、材料有毒与环境污染、器件的成本相对较高、器件的效率可进一步提升。

二维的金属碳化物或氮化物(MXenes)作为新型的二维材料，具有类石墨烯的高比表面积、高电导率的特点，又具备组分灵活可调，最小纳米层厚可控等优势，在储能、电磁屏蔽、水处理、气体/生物传感以及光电化学催化等领域拥有巨大潜力[Nature ReviewsMaterials,2017,2,1]。

目前，还没有研究者将二维的金属碳化物或氮化物的优良性质应用于钙钛矿太阳能电池中，借助于MXene的优良性能，我们进行了二维的金属碳化物或氮化物在钙钛矿太阳能电池中应用的研究。

发明内容

针对现有钙钛矿太阳能电池中存在稳定性差，FTO透明电极的电导率低的问题，本发明将二维的金属碳化物或氮化物引入钙钛矿电池，以提高电池的稳定性及增强透明电池的导电性。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：