[发明专利]界面优化型钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种界面优化型钙钛矿太阳能电池，由下而上依次为导电玻璃基片、电子传输层、钙钛矿功能层、空穴传输层、空穴修饰层和阴极电极；空穴传输层的材料选自SPIRO‑OMeTAD、P3HT和PTAA中的一种或多种，空穴修饰层的材料为HAT‑CN，阴极电极为金属电极或非金属电极；空穴修饰层的厚度为5‑15nm。本发明公开了一种能够同时提高器件稳定性和光电转换效率的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种界面优化型钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是当前光伏器件利用的研究热点，其成本低廉、结构简单。2009年日本Miyasaka等研究人员首次报道了具有钙钛矿结构的有机-铅卤化物作为光电转化材料被用于液态电解质染料敏化太阳能电池。由于钙钛矿吸光层在液态电解质中稳定性较差，此次实验的光电转换效率仅达到3.81％。为了避免使用液态电解质，有研究采用固态空穴传输材料SPIRO-MEOTAD作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输层，使光电转换效率提高到19.3％，全固态钙钛矿太阳能电池显示出极具潜力的应用前景。

然而，自然环境中的诸多因素都可能破坏钙钛矿太阳能电池的稳定性，如空气中的氧气和水等。随着放置时间的延长，钙钛矿太阳能电池的光电转换效率会逐渐降低且越来越快。因此，对钙钛矿太阳能电池的研究和使用只停留在实验阶段，还无法实现商业化。

为了改善钙钛矿太阳能电池的稳定性，通常可以采用材料优化和结构优化两种方式对钙钛矿太阳能电池进行优化。而实验证明，材料优化所需的条件苛刻，优化成本较大。目前，针对结构优化的研究越来越多，结构优化可以分为表面钝化和界面优化。

CN104201285A中公开了使用非离子型的p型掺杂材料HAT-CN对空穴传输层与顶电极之间的界面进行修饰，上述专利文件中将HAT-CN归为非离子型的p型掺杂材料是错误的，根据本领域的公知常识来判断，HAT-CN属于非离子型的n型掺杂材料。该发明中使用TPD作为空穴传输层材料、HAT-CN作为修饰材料、金作为金属电极，所得的光电转换效率为仅为7.1％，且随着时间下降。因此，有必要进一步提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率和稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种界面优化型钙钛矿太阳能电池及其制备方法，能够同时提高钙钛矿太阳能电池的器件稳定性和光电转换效率。

为了解决上述技术问题，一方面，本发明提供了一种界面优化型钙钛矿太阳能电池，由下而上依次为导电玻璃基片、电子传输层、钙钛矿功能层、空穴传输层、空穴修饰层和阴极电极；所述空穴传输层的材料选自SPIRO-OMeTAD、P3HT和PTAA中的一种或多种，所述空穴修饰层的材料为HAT-CN，所述阴极电极为金属电极或非金属电极；所述空穴修饰层的厚度为5-15nm。

优选地，所述金属电极选自Ag、Au或Cu，所述非金属电极为碳。

优选地，所述空穴传输层的材料为SPIRO-OMeTAD，所述阴极电极为Ag。

优选地，所述导电玻璃基片的材料为透明且可导电的掺杂氧化物，所述掺杂氧化物选自掺杂氟的氧化锡、掺杂锡的氧化铟或掺杂铝的氧化锌。

优选地，所述电子传输层的材料选自金属氧化物、富勒烯C60和PC61BM中的一种或多种，所述金属氧化物包括TiO₂、SnO₂、ZnO、Al₂O₃和ZrO₂中的一种或多种。