[发明专利]一种基于TiO2

说明书

本发明涉及一种基于TiO₂纳米锥阵列的钙钛矿电池模型，包括：自下而上依序层叠设置的玻璃基板、氟化氧化锡层、亚波长TiO₂纳米锥层、MAPbI3光敏层及Au电极层。通过本发明新颖的电池结构设计，提高了太阳能电池的光吸收、改善了电池对入射光角度敏感特性，提高了电荷抽取，可用来做超薄、半透明和柔性器件。

技术领域

本发明涉及新型电池技术领域，更具体地说，涉及一种基于TiO₂纳米锥阵列的钙钛矿电池模型。

背景技术

薄膜钙钛矿电池目前的发展方向之一是制备柔性、可穿戴、半透明、叠层器件。同时，活性层厚度的降低也能够节省钙钛矿材料的使用量，降低含铅（Pb）量，减少对环境可能的污染风险。因此，超薄钙钛矿太阳能能电池受到很大的关注。然而，超薄的钙钛矿层也面临对入射光吸收降低的难题，需要提高超薄钙钛矿活性层的光吸收率。引入二维图案化结构到薄膜钙钛矿电池（Perovskite Solar Cells, PSCs），实现电池高效光吸收，同时改善电池的广角吸收性质的这方面的相关工作很少有人研究，但是该途径却是钙钛矿电池薄膜化的重要途径，具有非常重要的实用价值。

从目前研究工作可以看到：卤化铅钙钛矿太阳能电池（PSCs）由于其具有的低成本溶液法制备工艺和高能量转换效率，已经成为一种非常有潜力的光伏技术。PSCs的PCE已经突破25％。然而，这些高效率PSCs是主要的基于铅的卤化物钙钛矿材料，但是含铅材料并不环保，容易造成环境污染。大量研究工作一直致力于用Sn、Bi、以及双金属替代的PSCs中的Pb，但无铅的PSCs的性能依然显著地低于含Pb的PSCs。在发展无铅的PSCs的同时，减少Pb在PSCs中的使用量，如采用超薄钙钛矿层实现PSCs的高吸收率，也引起了科研人员的研究兴趣。同时，据报道甲基铵碘化铅（MAPbI3）的电子和空穴的扩散长度大约为100 nm。因此，具有超薄钙钛矿活性层的PSCs有利于减少电荷载流子复合损失。此外，在PSCs中引入超薄钙钛矿活性层有助于在诸如航空航天领域、建筑一体化光伏等特定领域中、生产便携式电子设、以及制备轻量、半透明和柔性太阳能电池。

在高性能的PSCs中的活性层的典型厚度大于300 nm，因为钙钛矿活性层厚度小于300 nm，不能够完全吸收入射光，特别是在红光到红外光范围。为了提高活性层的光吸收率，在OSCs（Organic solar cells）中广泛采用2-D图案化结构来实现活性层的光吸收增强。 然而，基于图案化结构的PSCs的性能很少报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种基于TiO₂纳米锥阵列的钙钛矿电池模型。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于TiO₂纳米锥阵列的钙钛矿电池模型，包括：自下而上依序层叠设置的玻璃基板、氟化氧化锡层、亚波长TiO₂纳米锥层、MAPbI₃光敏层及Au电极层；

其中，氟化氧化锡层涂覆于玻璃基板上，亚波长TiO₂纳米锥层是将TiO₂层设置于氟化氧化锡层之上，TiO₂上向内部凹陷，形成多个纳米锥形桶结构得到；氟化氧化锡层和亚波长TiO₂纳米锥层共同构成钙钛矿电池模型的电池电子传输层；MAPbI₃光敏层两侧表面一侧向内凹陷形成纳米锥形桶，同时在每一纳米锥形桶下方向下凸起形成纳米锥；MAPbI₃光敏层的纳米锥填充于亚波长TiO₂纳米锥层的纳米锥形桶内；Au电极层下表面向下凸起形成纳米锥，填充于MAPbI₃光敏层上表面的纳米锥形桶内，构成基于TiO₂纳米锥阵列的钙钛矿电池模型。

其中，纳米锥和纳米锥形桶均包括上下底面，上下底面均为圆形，且上底面直径大于下底面直径。