[发明专利]一种介孔型钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种介孔型钙钛矿太阳能电池及其制备方法。一种介孔型钙钛矿电池，包括透明导电基底、以及依次形成在透明导电基底上的空穴阻挡层、介孔支架层、钙钛矿光吸收层和对电极，所述介孔支架层为氧化钛和氧化锆的混合氧化物薄膜。

技术领域

本发明涉及一种介孔型钙钛矿太阳能电池及其制备方法，具体涉及一种氧化钛和氧化锆混合介孔薄膜以及钙钛矿太阳能电池的制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

随着社会进步和科技发展，人类的能源需求与日俱增。太阳能作为一种储量丰富、清洁、无污染的可再生能源，受到国内外的广泛关注并吸引了大批科研人员深入研究。钙钛矿太阳能电池近年来由于其合适的禁带宽度、较长的电荷扩散长度等优异的光电性能和制作简单、成本低等优点得到迅速发展。钙钛矿材料MAPbX₃(MA＝CH₃NH₃，CH₃CH₂NH₃⁺,NH₂＝CH＝NH₂⁺；X＝Cl,Br,I)1980年被发现，2009年被Miyasaka课题组用作制备太阳能电池，发展至今，文献记载的钙钛矿太阳能电池的最高效率已经达到21.6％。以碳为对电极的钙钛矿电池无需空穴传输层，稳定性好，制备工艺简单工艺，成本较硅基太阳能电池而言非常低，因此显示出了优异的竞争力。

介孔型钙钛矿电池主要由透明导电基底、致密层、介孔层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层、对电极组成。该结构是沿袭了染料敏化太阳能电池的结构，采用介孔TiO₂作为支架层，主要起到传输电子和支撑框架的作用。但TiO₂相比于其他同类无机氧化物半导体如ZnO等电子迁移率较低，在紫外光照下不稳定，与钙钛矿界面接触不够紧密，这些缺点限制了钙钛矿太阳能电池的进一步发展。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种介孔型钙钛矿电池及其制备方法。

一方面，本发明提供了一种介孔型钙钛矿电池，包括透明导电基底、以及依次形成在透明导电基底上的空穴阻挡层、介孔支架层、钙钛矿光吸收层和对电极，所述介孔支架层为氧化钛和氧化锆的混合氧化物薄膜。

本公开中，选用ZrO₂与TiO₂的混合氧化物薄膜作为介孔支架层材料，其为透明状的多孔薄膜，由于氧化锆具有非常优异的物理和化学性能，比如高沸点、高熔点、导热系数小、热膨胀系数大、耐磨性好、抗腐蚀性能优良等。热膨胀系数较大的氧化锆在高温煅烧后增大了薄膜中介孔的尺寸，使钙钛矿与介孔支架的接触面积增大，改善了介孔支架/钙钛矿界面的电荷传输。同时高沸点、高熔点、耐腐蚀的特性使其在混合薄膜中发挥了稳定结构的作用。ZrO₂与TiO₂的混合介孔钙钛矿电池具有较高的界面电荷传输，更高的开路电压和更高的电池效率。

较佳地，所述介孔支架层中氧化钛和氧化锆的质量比为1：(0.1～2)，优选为1：(0.5～1)。由于氧化锆常温下是绝缘的，因此混合薄膜中氧化锆含量过低，其在介孔中稳定结构的作用不能发挥，介孔的尺寸也得不到有效控制，因此会使电池性能降低。而氧化锆含量过高会影响介孔直接的其导电性，降低电荷迁移率，电池性能下降。当氧化钛和氧化锆的质量比优选为1：(0.5～1)，其可在有效控制介孔尺寸的同时，还能保持介孔支架层较高的导电性，使其电池性能得到很大的提高。

较佳地，所述对电极为碳基对电极，所述碳基对电极为以碳材料为主要材料的多孔的薄膜；优选地，所述碳材料为片状石墨、碳黑、碳纤维、石墨烯、碳纳米管及其掺杂物中的至少一种。本发明利用碳材料作为对电极的材料，除了替换了现有电池中空穴传输层之外，还明显改善了电池的稳定性。

较佳地，所述介孔支架层的厚度为300～400nm。