[发明专利]一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法

说明书

本发明提供一种非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法，属于新型薄膜太阳能电池领域。该发明电池采用透明导电材料为阳极，银作为阴极，采用光电性能优异的IT基非富勒烯材料为电子传输层材料，以低温金属乙酰丙酮金属螯合物为阴极界面修饰层，采用的器件结构为典型的钙钛矿太阳能电池倒置结构；本发明中电子传输层相比传统的富勒烯电子传输层具有独到的优势，能显著增加光的吸收率，提升电子的提取效率以及更小的回滞因子；整体器件制备温度可以控制在100度以内，其效率可以媲美传统的富勒烯钙钛矿太阳能电池，并且制作方法简单、成本低廉、效果明显，能广泛适用于很多不同类型的平面异质结钙钛矿太阳能电池之中，可以大规模生产应用。

技术领域

本发明公开了一种高效稳定的非富勒烯钙钛矿平面异质结太阳能电池及制备方法。具体涉及一种低温非富勒烯电子传输材料在倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池中的应用，属于新型薄膜太阳能电池领域。

背景技术

近年来化石能源不断枯竭，能源成为制约人类社会进步的重要因素，寻找可再生能源从而替代化石能源成为人类迫切解决的问题。太阳能是取之不尽、用之不竭的清洁绿色能源，将太阳能转换为电能的太阳能电池是解决能源与环境问题、实现低碳经济的最佳途径之一。能将太阳能转换为电能的太阳能电池成为能源领域的热点。

传统太阳能电池(硅太阳能电池、碲化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池等)由于昂贵的材料成本、高能耗的制备过程以及易碎、原材料稀缺等劣势限制了其长远的发展应用(Energy Environ.Sci.,2016,9,3007-3035)。所以开发新型的、廉价的、可以实现大规模生产应用的太阳能电池是解决能源危机、推动人类社会发展的迫切需要。

新型的薄膜太阳能电池具有成本低、重量轻、制作工艺简单、易兼容柔性衬底、半透明等突出优点而备受关注，尤其是钙钛矿太阳能电池。自2009年日本科学家TsutomuMiyasaka等人(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)第一次将有机无机杂化钙钛矿材料引入光伏领域开始，短短几年时间内，PCE从开始的3％左右跃升至现在的20％以上(Science,2016,354,206-209；Nature Communication,2018,9:1625；Nature Energy,2018,3,682–689)，并由希望在将来5-10年内达到28％的高光电转换效率(J.Phys.Chem.Lett.,2013,4,3623-3630)。

传统的正置钙钛矿太阳能电池是基于染料敏化太阳能电池(DSSC)发展而来的，其中包含介孔支架层和致密层，结构复杂并需要高温烧结等过程，这使得器件制造工艺复杂、成本高昂、无法兼容柔性衬底。2013年Jun Yuan Jeng等人(Adv.Mater.2013,25,3727-3732)第一次将倒置平面异质结构引入钙钛矿太阳能电池，这种结构被证实具有更低温度制备的优势，可在100℃左右的温度下制备。

同时，这类结构的电池基本没有异常回滞效应的产生。此外，基于这种倒置平面异质结结构还获得了23.4w/g的超高能量比重记录，这样的优异性能让其他竞争对手望而却步。

倒置结构平面异质结构钙钛矿太阳能电池结构中常用的电子传输层为富勒烯衍生物(J.Mater.Chem.A,2016,4,8554；Adv.Mater.2014,26,6503-6509；ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,43902-43909)，然而富勒烯容易团聚和结晶造成其成膜性差(Organic Electronics 2015,24,101-105)，对于器件界面稳定性及回滞效应成严重影响(Organic Electronics,2016,30,30-35)。相比富勒烯，非富勒烯受体具有一些独特的优势：

1)带隙可调空间大；

2)光吸收边可扩展到近红外区；

3)能级可调性强；

4)可获得高的开路电压；