[发明专利]一种基于聚酰亚胺基底的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，采用聚酰亚胺作为柔性基底，器件从ITO透明电极面入光。柔性电池结构由下至上依次为聚酰亚胺柔性基底、ITO电极层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、缓冲层和透明电极。电子传输层材料为SnO₂、TiO₂或ZnO；钙钛矿吸光层材料为CH₃NH₃PbI₃、CH₃NH₃PbI_3‑xCl_x、(FAPbI₃)_1‑x(MAPbBr₃)_x、(CsFAMA)PbI_3‑xBr_x或(CsFAMA)PbI_3‑xCl_x，钙钛矿层厚度为300‑500nm；空穴传输层材料为Spiro‑OMeTAD、PTAA或PEDOT:PSS；缓冲层材料为NPB、MoO_x或NiO_x。本发明采用柔韧性好的聚酰亚胺作为柔性基底，采用透光率高、方阻小的ITO作为透明电极，并在空穴传输层和透明电极之间沉积缓冲层来改善界面接触、保护空穴传输层，从而制备柔性钙钛矿太阳能电池，克服了目前刚性钙钛矿太阳能电池厚重、体积大、不能弯折、不便于随身携带等问题。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于聚酰亚胺基底的柔性钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着煤炭、石油和天然气等非可再生资源日益枯竭，可持续、环境友好型能源备受关注，其中光伏产业发展迅猛。当前，新能源特别是太阳能电池成为国内外研究关注的一个热点。传统的硅电池相对来说成本过高，染料敏化电池在制备技术上有很多限制，而有机太阳能电池虽然电池结构简单但是稳定性极差，所以它们在工业化上还存在很多问题。钙钛矿太阳能电池自2009年第一次报道以来，以其超低成本溶液法制备工艺而受到研究人员的青睐，能量转换效率由最初的3.8％提升到了24.2％，随着研究的不断深入，电池的效率极有可能超过目前发展成熟的单晶硅太阳能电池。钙钛矿太阳能电池从最初的需要一层多孔层支架再到后来可以直接做成薄膜电池，在工业化生产上也具有非常大的应用前景。同时，采用的旋转涂布溶液法工艺与卷对卷大批量制备方法兼容，也为产业化做了极好的铺垫。

随着5G时代的到来，万物互联成为未来发展趋势，因此开发柔性便携式太阳能电池也成为光伏产业的研究重点。有机无机杂化钙钛矿太阳能电池因其具有高效、低成本、可柔性制备的特性，成为当今最具有商业化应用前景的光伏技术。虽然钙钛矿太阳能电池有诸多优点，但基于刚性基底的电池具有重量大、不能弯折等问题；此外，界面接触问题也是制约钙钛矿太阳电池性能的因素之一。

发明内容

本发明的目的在于根据现有技术的不足，提供一种柔性钙钛矿太阳能电池及制备方法，采用不透明衬底，器件从ITO透明电极面入光，并在空穴传输层和电极之间引入缓冲层使界面能级更匹配，同时保护空穴传输层不被破坏。本发明工艺简单、成本低、可工业化大规模生产柔性太阳能电池器件。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种柔性钙钛矿太阳能电池，电池的结构由下至上依次为聚酰亚胺基底、ITO电极层、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、缓冲层和透明电极。

进一步地，聚酰亚胺基底厚度为50-250μm；ITO电极层厚度为2-5μm；电子传输层厚度为5-50nm；钙钛矿吸光层厚度为300-500nm；空穴传输层厚度为50-300nm；缓冲层厚度为5-50nm；透明电极厚度为100-300nm。

进一步地，电子传输层的材料为SnO₂、TiO₂或ZnO；