[发明专利]一种无透明电极的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开一种无透明电极的钙钛矿太阳能电池，包括从下至上依次设置的透明基底、钙钛矿材料活性层和拓扑结构的双电极层；拓扑结构的双电极层包括在钙钛矿材料活性层上设置的若干拓扑结构单元；每个拓扑结构单元包括依次贴合设置的n型导电材料层、电流阻隔层和p型导电材料层。本发明不再使用透明电极，降低成本和提升生产效率；获得更高的光捕获和更高的光电流；降低电池的串联电阻从而提升电池开压，从而提升电池的性能。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿型太阳能电池。

背景技术

近年来发现的钙钛矿型太阳能电池和发光二极管由于高转换效率、低成本、环境友善、产品可挠化等优点正在受到越来越广泛的关注。其中，新型钙钛矿性太阳能电池的光电转换效率在短短几年内提升了数倍，表现出非常优异的光电性能。钙钛矿型太阳能电池从染料敏化太阳能电池演变至今，高效率电池的结构均为玻璃-透明电极-传输层及修饰层-活性层-传输层及修饰层-背电极的结构，对应的两层传输层分别对应为电子和空穴传输。透明电极成为钙钛矿电池在内的传统薄膜电池最不可或缺的组成部分。

为了提高光电转换效率，研究者们从光子捕获(lightharvesting)、激子传输、激子收集、带隙调整、叠层架构等诸多方向进行工艺改进，其中光子捕获是最为直接的提升光电转换效率的方法之一。常用的透明导电玻璃，主要包括ITO、AZO、FTO等，其中ITO的光透过性和导电性性能匹配最佳，也是最主要的透明导电材料。但是所有的透明导电氧化物(TCO)材料，在可见光区域(一般认为420nm-780nm)或者光电器件的有效光谱区域，存在明显的光吸收。以ITO为例，100nm的ITO薄膜，方块电阻大约10-15欧，对应于420-780nm的光谱吸收大约在1％-2％；根据麦克斯韦方程及坡印亭矢量公式，光的吸收随着薄膜厚度的增加呈自然对数的指数递增，因此膜厚的增加对于光的吸收会越来越强；另一方面，对于方块电阻而言，电阻的降低随着膜厚的增加而逐渐减缓，例如ITO厚度为100nm、200nm、400nm的导电薄膜，其方块电阻大约为15欧、10欧、7欧。因此选在特定的方阻和光透过率的导电基材对于获得最佳的光电转换效率至关重要，而且在活性层、传输层发生任何变化都需要ITO做出相应调整以获得最佳的光捕获。

对于钙钛矿电池，由于钙钛矿材料本身具有十分优秀的光电特性，比如双重传输特性(既可以传输电子又可以传输空穴)、激子寿命长、扩散距离非常长(高达175um)、具有光子循环效应(Photorecycling)等特点，转换效率不断提升，受到世界瞩目。

另外，无论是ITO、AZO、FTO的部分稀有元素成本和生产成工艺本都比较昂贵，例如对于产业化的非晶硅薄膜电池，其成本接近组件成本的1/4，因此十分不利于薄膜电池的市场推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无透明电极的钙钛矿太阳能电池，取代传统钙钛矿型薄膜电池的双层电极结构，解决了电池受光面的透明导电电极存在的较高光吸收和较高串联电阻的问题，获得具有高光电流密度、高开路电压的新型钙钛矿型太阳能电池。

一种无透明电极的钙钛矿太阳能电池，包括从下至上依次设置的透明基底、钙钛矿材料活性层和拓扑结构的双电极层。

进一步的，拓扑结构的双电极层包括在钙钛矿材料活性层上设置的若干拓扑结构单元；每个拓扑结构单元包括依次贴合设置的n型导电材料层、第一电流阻隔层和p型导电材料层。

进一步的，拓扑结构单元之间设有第二电流阻隔层。

进一步的，第一电流阻隔层为空气或者绝缘材料；第二电流阻隔层为空气或者绝缘材料。

进一步的，所有n型导电材料层通过第一汇流电极连接汇流为负极。

进一步的，所有p型导电材料层通过第二汇流电极连接汇流为正极。