[发明专利]基于联硼化合物修饰的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公布了一种基于联硼化合物修饰的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法，包括平面型和介孔型两种结构，其中作为电子传输层的金属氧化物致密层或介孔层被联硼化合物修饰，从而改变了金属氧化物表面金属离子价态，实现了表面N型掺杂，提高了载流子浓度；同时也起到了钝化的作用，进一步改善了金属氧化物薄膜形貌。通过联硼化修饰电子传输层的钙钛矿太阳能电池具有较高的光电转换效率和良好的光稳定性。

技术领域

本发明属于光电功能材料与器件技术领域，具体涉及一种基于联硼化合物修饰的钙钛矿型太阳能电池及其制备方法。

背景技术

经济社会的高速发展得益于化石燃料的广泛使用，然而化石燃料的枯竭危机以及环境污染的不断加重促使我们积极寻找成本低廉、清洁高效的可再生能源。太阳能发电是一种新兴的可再生能源技术，但目前广泛使用的硅基太阳能电池成本较高且制备工艺繁复，因此，发现与制备新型太阳能电池刻不容缓。金属卤化钙钛矿基太阳能电池由于其优异的光电性能，自2009年出现以来，在短短的八年里就实现了光电转换效率从3.8％到22.7％的飞跃，并迅速成为新型光伏技术的研究热点。

金属氧化物(如TiO₂、ZnO、SnO₂等)由于其良好的半导体性质以及载流子传输特性被广泛应用于介孔型及平面型钙钛矿太阳能电池当中。世界上第一块钙钛矿太阳能电池以及目前效率认证最高的钙钛矿太阳能电池均使用金属氧化物作为电子传输层，证明其在钙钛矿太阳能电池发展历程中具有不可替代的重要性。然而，由于金属氧化物与钙钛矿吸光层之间的界面接触问题，导致器件的电阻升高以及载流子复合严重，从而使得太阳能电池的开路电压(V_oc)和填充因子(FF)下降，是金属氧化物作为钙钛矿型太阳能电池电子传输层的缺陷。虽然已经报道了很多改善电子传输层的工作，例如，在金属氧化物电子传输层表面负载一层缓冲层进行界面钝化；利用形貌调控的方式合成金属氧化物纳米线、纳米管改善载流子的传输；或者在其中掺杂稀土元素、石墨烯等提高导电性。但以上方法过程复杂成本较高，限制了钙钛矿基太阳能电池技术的发展。目前，关键的问题是能够通过简单的技术手段来优化金属氧化物型电子传输层，从而提高电池的光电转换效率和稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属氧化物型电子传输层界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，通过对金属氧化物型电子传输层表面进行修饰，实现金属氧化物表面的离子掺杂及钝化，从而提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

本发明的钙钛矿型太阳能电池，包括透明衬底，以及在该衬底上依次层叠的透明电极、金属氧化物电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和顶电极，其特征在于，所述金属氧化合物电子传输层与钙钛矿吸光层接触的界面被联硼化合物修饰。

上述联硼化合物修饰金属氧化物电子传输层的钙钛矿太阳能电池包括介孔型和平面型两种器件结构。对于介孔型钙钛矿太阳能电池，其电子传输层包括金属氧化物致密层和金属氧化物介孔层，其中金属氧化物介孔层与钙钛矿吸光层接触的界面被联硼化合物修饰。而对于平面型钙钛矿太阳能电池，其电子传输层为金属氧化物致密层，其与钙钛矿吸光层接触的界面被联硼化合物修饰。

上述钙钛矿型太阳能电池，所述透明衬底可以采用玻璃、柔性塑料等透明材料。透明电极材料可以是氧化铟锡(ITO)、氟掺杂的氧化锡(FTO)、铝掺杂的氧化锌(AZO)、银纳米线、石墨烯或碳纳米管。常采用ITO导电玻璃、FTO导电玻璃、AZO导电玻璃、银纳米线修饰导电玻璃、石墨烯修饰导电玻璃和碳纳米管层修饰导电玻璃中的一种作为透明衬底和透明电极。

上述钙钛矿型太阳能电池，作为电子传输层的金属氧化物致密层可以选自氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)、氧化镍、氧化镁、氧化铜、氧化亚铜、氧化钨中的任意一种材料。对于介孔型钙钛矿太阳能电池，其金属氧化物介孔层可以由TiO₂浆料烧结制得。