[发明专利]全无机钙钛矿铁电纤维复合结构的太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种全无机钙钛矿铁电纤维复合结构的太阳能电池及制备方法，该太阳能电池包括基片玻璃、导电层、空穴传输层、全无机钙钛矿吸光层、钙钛矿结构铁电纤维阵列层、电子传输层和电极层；其中，全无机钙钛矿吸光层为CsPbBr₃，其设置在空穴传输层上，钙钛矿结构铁电纤维阵列层为0.5Ba(Zr_0.8Ti_0.2)O₃‑0.5(Ba_0.7Ca_0.3)TiO₃，其设置在全无机钙钛矿吸光层上。本发明采用CsPbBr₃全无机钙钛矿作为光吸收层，可在空气中制备，无需提供氮气等密闭环境，降低了制作成本，且制备的电池具有更好的热稳定性；采用钙钛矿结构的铁电纤维阵列作为钙钛矿吸光层与电子传输层之间的过渡层，会加快电池空穴电子对的分离和电子的传输速率，从而提高电池的光电转换效率。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，特别涉及一种全无机钙钛矿铁电纤维复合结构的太阳能电池及制备方法。

背景技术

随着清洁能源的发展，传统硅基太阳能电池由于其制备工艺的复杂、造价高以及制造过程中的污染和能耗问题，无法满足市场的需求。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。其中，以钙钛矿材料作为光吸收层的钙钛矿太阳能电池由于其具有柔性、可大面积制造、优异的光电转换效率以及成本低廉等受到了广泛关注。在几年时间里，柔性钙钛矿太阳能电池的光电转换效率从3.8％迅速提升到了32％。可见，钙钛矿电池是最有前途的新能源之一。

目前在钙钛矿电池制备领域中，多采用glass/ITO/电子传输层/钙钛矿/空穴传输层/电极的结构，在传统钙钛矿电池中，由于膜层制备工艺和手法的影响，使得电池容易短路，从而造成电池的光电转换效率得不到很大的提升，成本也得不到控制，限制了全无机钙钛矿太阳能电池的大规模制备与应用，不利于电池的产业化。

铁电纤维作为近年来热门的半导体材料，具有优良的电子传导效率，目前关于其在全无机钙钛矿太阳能电池中的应用还鲜有报道。近来，有实验室合成了钙钛矿结构的铁电纤维，可以加快电子传输效率，理论分析证明，这种铁电纤维和钙钛矿材料结合起来可以提高钙钛矿层的电子传输效率，从而改善全无机钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

钙钛矿太阳能电池于2009年首次提出，论文(Kojima A,Teshima K,Shirai Y,etal.Organometal halide perovskites as visible-light sensitizers forphotovoltaic cells[J].Journal of the American Chemical Society,2009,131(17):6050-6051，参考文献1)。文献1中研究了光电化学电池中有机-无机卤化铅钙钛矿化合物CH₃NH₃PbBr₃和CH₃NH₃PbI₃作为可见光敏化剂的光伏功能。其中基于CH₃NH₃PbI₃的太阳能电池的转换效率达到了3.8％。