[发明专利]基于聚-3己基噻吩/酞菁锌复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法与应用

说明书

本发明提供了基于聚‑3己基噻吩(P3HT)/酞菁锌(ZnPc)复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池制备方法与应用，具体是先在导电玻璃上旋涂电子传输材料，之后在其表面经连续多步旋涂溴化铅和溴化铯溶液制得致密均匀的CsPbBr₃吸光层，随后旋涂P3HT和ZnPc混合溶液形成空穴层，最后涂覆碳浆料组装成基于P3HT/ZnPc复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池。本发明充分利用P3HT和ZnPc复合后空穴迁移率高，能带结构可调并可钝化CsPbBr₃表面缺陷态的优势，促进电荷提取迁移，抑制辐射及非辐射复合，有效提高电池的光电转换效率，具有材料改进空间大、制备方法简单、成本低廉及稳定性好的优点。

技术领域

本发明属于新材料技术以及新能源技术领域，具体涉及基于聚-3己基噻吩/酞菁锌复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率已从最初的3.8%井喷式增长至现在的23.7%，迅速发展成为太阳能光伏发电领域的明星。但是传统的有机-无机杂化钙钛矿材料在光、热、湿、氧等环境中易分解，从而造成其器件光伏性能变差，严重阻碍了钙钛矿太阳能电池的商业化进程。为此，基于CsPbBr₃的无机钙钛矿太阳能电池由于其优异的环境稳定性和低成本得到了研究者的密切关注。但是CsPbBr₃的价带位置与常用碳背电极功函数之间存在着较大的能级差（0.6 eV），造成电池电荷分离提取困难，界面载流子复合及能量损失严重，限制了CsPbBr₃无机钙钛矿太阳能电池光电转换效率的进一步提升。另外，钙钛矿晶体晶界及表面缺陷态密度高，电荷非辐射复合严重，也制约了无机钙钛矿太阳能电池效率的提升。因此开发一种制备方法简单、空穴迁移率高、能带结构可调和可钝化晶界的空穴层，对于在CsPbBr₃和碳背电极之间进行界面能级补偿促进电荷提取，抑制载流子复合及提升电池光伏性能具有重要的理论意义和实用价值。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种基于聚-3己基噻吩/酞菁锌复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，本发明可以获得操作简便，稳定性好，光电转换效率高的无机钙钛矿太阳能电池，对于促进无机钙钛矿太阳能电池的商业化进程和发展，具有重要的实用价值和经济价值。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明提供了基于聚-3己基噻吩/酞菁锌复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将浓度为0.2 ~ 0.8 mol/L的钛酸异丙酯和乙二醇铵的乙醇溶液旋涂在带有刻蚀线的干净无杂质的FTO导电玻璃上，并经高温煅烧形成均匀一致的TiO₂致密层；将浓度为0.05 ~0.15 g/mL的TiO₂胶体旋涂于TiO₂致密层表面，经高温煅烧获得二氧化钛介孔层薄膜；将二氧化钛介孔层薄膜浸泡在浓度为0.02 ~ 0.05 mol/L，溶剂为水的四氯化钛溶液中加热，冲洗，晾干后，再进行高温煅烧制得二氧化钛光阳极；将浓度为0.5 ~ 2 mol/L，溶剂为N，N-二甲基甲酰胺的溴化铅溶液进行加热，再旋涂在二氧化钛光阳极薄膜表面，再进行加热得到溴化铅薄膜；将所浓度为0.05 ~ 0.15 mol/L，溶剂为甲醇的溴化铯溶液旋涂溴化铅薄膜之上，再进行加热，放凉之后重复此步骤多次可获得高质量均匀致密的CsPbBr₃钙钛矿层；将聚-3己基噻吩和酞菁锌粉末溶解于氯苯中进行超声，得到质量浓度为5 ~ 15 mg/mL的聚-3己基噻吩/酞菁锌混合溶液，获得均匀溶液旋涂于上述薄膜之上，随后加热制备复合空穴层；在上述复合空穴层表面用刀片刮涂碳浆料，组装成具有复合空穴层的无机钙钛矿太阳能电池。

进一步的：所述步骤（1）中聚-3己基噻吩/酞菁锌质量比例为0 ~ 100%：0 ~ 100%。