[发明专利]一种非铅双钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种非铅双钙钛矿太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。解决现有非铅双钙钛矿材料由于Cs₂AgBiBr₆的光学带隙较宽导致光学吸收能力较差，光电流较低，进而导致器件效率较低的技术问题。本发明的非铅双钙钛矿太阳能电池由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；空穴传输层为含锌的叶绿素衍生物Zn‑Chl；钙钛矿层为Cs₂AgBiBr₆。Zn‑Chl同时作为光敏材料对器件的光学吸收和光电流做出贡献。本发明提供的制备方法制备出的器件相比基于其他非光敏空穴传输材料制备的器件的光电流提高了22％‑27％，最高光电转化效率达到2.79％，是目前为止效率最高的非铅双钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种以含锌叶绿素衍生物Zn-chlorophyll(Zn-Chl)作为空穴传输层敏化的基于Cs₂AgBiBr₆作为钙钛矿吸光层的非铅双钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿型太阳能电池自从其首次出现就引起了广泛关注，截至目前，钙钛矿太阳能电池的最高能量转化效率已经超过25％。然而，传统的MAPbI₃钙钛矿含有铅元素以及器件的长期稳定性较差等问题始终制约着钙钛矿太阳能电池的大规模商用。为了解决这一问题，许多课题组把目光转移到开发新的具有低毒性和高稳定性的非铅钙钛矿材料。用同主族正二价元素锡代替铅是许多课题组的一个选择，但是Sn²⁺在空气中很容易被氧化成Sn⁴⁺，会使钙钛矿的正八面体结构分解，导致了锡基钙钛矿在空气中较差的稳定性。另一种可行的取代铅元素的方案是A₂M⁺M³⁺X₆，其中A元素可能是铯、铷、甲胺基团或甲醚基团，M⁺和M³⁺分别是一价和三价金属阳离子，X元素是卤素原子。即用一个一价阳离子和一个三价阳离子同时替换两个相邻MAPbI₃晶胞中的二价铅离子。作为目前被研究最广泛的非铅双钙钛矿材料，但Cs₂AgBiBr₆的光学带隙较宽(2.1eV)，导致光学吸收能力较差，光电流较低，进而导致器件效率较低。

目前改善基于Cs₂AgBiBr₆的光伏器件的光学吸收主要是通过对Cs₂AgBiBr₆进行能带调控。由于常见的几种空穴传输材料并非是光敏材料，因而还没有文献报导过通过对空穴传输层的优化来提高Cs₂AgBiBr₆太阳能电池的光伏吸收性能。

发明内容

本发明要解决现有技术中非铅双钙钛矿材料由于Cs₂AgBiBr₆的光学带隙较宽导致光学吸收能力较差，光电流较低，进而导致器件效率较低的技术问题，提供一种以含锌叶绿素衍生物Zn-chlorophyll(Zn-Chl)作为空穴传输层敏化的基于Cs₂AgBiBr₆作为钙钛矿吸光层的非铅双钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种非铅双钙钛矿太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；

所述空穴传输层为含锌的叶绿素衍生物，具体为含锌-3-脱乙烯基-3-羟甲基-脱镁叶绿素酸a甲酯(Zn-Chl)；所述钙钛矿层为Cs₂AgBiBr₆。

在上述技术方案中，所述透明导电玻璃阴极为氧化铟锡ITO。

在上述技术方案中，所述电子传输层为SnO₂。