[发明专利]一种倒置平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种倒置平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池及制备方法，采用倒置平面异质结结构太阳能电池，分别使用透明电极和银作为阳极和阴极，聚(三芳胺)为空穴传输层，富勒烯衍生物PC₆₁BM为电子传输层，聚乙烯吡咯烷酮为钙钛矿钝化层。本发明中的聚乙烯吡咯烷酮能够有效的钝化钙钛矿晶界，降低钙钛矿表面缺陷，降低钙钛矿电池的串联电阻，提高太阳能电池的填充因子和电流密度，最后提高了太阳能电池的光电转化效率，修饰钝化后的钙钛矿太阳能电池性能较未钝化的器件性能有较大的提升。本发明工艺操作简单、可重复性高、成本较低，能够适用于多种平面异质结钙钛矿太阳能电池的制备和大规模应用。

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种倒置平面异质结杂化钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

人类生活的不断发展，科技水平的飞速进步的背后伴随着一系列与日俱增的危机，例如环境恶化、能源枯竭、冰川融化和物种灭绝等，这些危机的突显，成为了人类生存和发展的掣肘，引起这些问题的主要原因就是能源问题。能源一直是人类文明发展的重要推动力，寻找新的能源代替传统能源成为亟待解决的首要问题。太阳能作为蕴含能量最多、分布最广与最易获取的绿色能源，拥有着无限开发的巨大潜力，从而将太阳能转化为其它能源成为人类研究的重点，太阳能电池的发展研究从此便迎运而生。

自贝尔实验室报道出第一块将光能转化为电能的太阳能电池至今(PfannW G,Journal ofApplied Physics,25(1954):1422-1434)，太阳能电池从最初的单一化也变成了如今的多样化，太阳能电池大致可以分为晶体硅太阳能电池(单晶硅和多晶硅)、薄膜太阳能电池(硅基薄膜太阳能电池、铜铟硒化物太阳能电池和碲化镉薄膜太阳能电池)和新型太阳能电池(染料敏化太阳能电池、有机太阳能电池和钙钛矿太阳能电池)三大类，其中传统的太阳能电池因具有成本高、难制备和环境污染等问题，使其无法大规模的生产和应用，以至于需要迫不及待的研发出新型的太阳能电池。

新型太阳能电池因有质地轻、可柔性化、成本低和易于制备(B.Fan,OrganicElectronics,75(2019):105396；X.Zhou,Journal of Materials ChemistryA,6(2018):3012-3021)等各种优点，吸引了各界人士的关注与投入。其中，钙钛矿具有高吸收系数、高电荷迁移率和长的激子扩散范围(A.Dubey,Journal of Materials Chemistry A,6(2018):2406-2431；S.D.Stranks,Science,342(2013):341-344)，适合用于作为太阳能电池的光吸收层。钙钛矿第一次在2009年被用于太阳能电池中，获得了3.8％的光电转换效率(PCE)(A.Kojima,Journal of theAmerican Chemical Society,131(2009):6050-6051)，仅仅十年时间，钙钛矿太阳能电池的PCE已经突破25.2％(NREL Efficiency Chart，2019，https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html)。已经接近理论计算的极限效率，也达到了传统太阳能电池的效率转换水平。钙钛矿太阳能电池因为结构的不同被分为了正置和倒置两种结构(J.Huang,EnergyEnvironmental Science,10(2017):2284-2311)。正置的钙钛矿太阳能电池需要引入介孔二氧化钛作为骨架和电子传输层，制备介孔二氧化钛往往需要使用长时间的高温进行烧结，这便不仅增加实验成本，还增加了实验的难度，并且该结构难以实现将钙钛矿太阳能电池柔性化的目的。为了克服正置钙钛矿太阳能电池带来的种种弊端，钙钛矿太阳能电池的倒置结构便被设计出来，倒置钙钛矿太阳能电池不仅便于制备、成本低，而且为实现大面积制备提供了至关重要的方案(Y.Bai,AdvancedEnergyMaterials,8(2018):1701883)。