[发明专利]基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明涉及太阳能电池技术领域，公开了一种基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池，包括透明导电衬底和依次层叠于该透明导电衬底上的空穴传输层、基于二氧化硅‑二氧化钛光子晶体异质结的三维钙钛矿吸光层、空穴阻挡层和金属电极。与现有技术相比，本发明中基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池的慢光效应较强，对入射光的捕获效率较高，载流子的输运效率较高。

分案说明

本发明为申请日为2018年1月31日，申请号为2018100956795，发明名称为“基于光子晶体的反式三维钙钛矿太阳能电池及其制备方法”的分案申请。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池。

背景技术

随着全球能源危机日益加剧，太阳能因具有资源丰富、分布广泛、环保等优点，已成为可再生清洁能源领域的研究热点。钙钛矿太阳能电池(PSCs)拥有光电转换效率高、成本低、工艺简单等特点，作为一种最有发展前景的光伏发电技术之一，受到了广泛关注。

通常PSCs拥有三种典型的结构，分别是正式介孔结构(导电玻璃(FTO)/电子传输层/介孔层/钙钛矿光吸收层/空穴传输层/金属电极)、正式平面结构(FTO/电子传输层/钙钛矿光吸收层/空穴传输层/金属电极)及反式平面结构(FTO/空穴传输层/钙钛矿光吸收层/电子传输层/金属电极)。研究人员对器件结构中的各组成部分及其界面都进行了大量深入探究，例如：开发新型无机空穴传输材料、钙钛矿光吸收层材料、电子传输材料及金属电极材料，优化空穴传输层/光吸收层与电子传输层/光吸收层界面。特别是钙钛矿光吸收层作为器件结构中最关键的组成部分，其晶体结构、形貌及光学性能对器件效率均起着至关重要的作用。为了进一步提高器件效率，研究人员采用带隙工程与界面工程探究了钙钛矿光吸收层能带隙及其界面匹配性对器件光电性能的影响，初步阐述了其内在的作用机制。尤其是在反式PSCs中，采用带隙工程有利于获得高度结晶的钙钛矿光吸收层；采用界面工程能够有效优化出光电性能更加优异的电池器件。由此可见，反式平面结构更加有利于构建出器件效率高、迟滞效应小、稳定性好的PSCs。但是，如何获得光电性能优异、廉价的PSCs仍然是学术与工业界面临的难题。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池，这种太阳能电池的慢光效应较强，对入射光的捕获效率较高，载流子的输运效率较高。

技术方案：本发明提供了一种基于光子晶体异质结的反式三维钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括透明导电衬底和依次层叠于该透明导电衬底上的空穴传输层、基于二氧化硅-二氧化钛光子晶体异质结的三维钙钛矿吸光层、空穴阻挡层和金属电极。

进一步地，所述三维钙钛矿吸光层为填充有三维钙钛矿类吸光半导体材料的二氧化硅-二氧化钛光子晶体异质结。该异质结的构筑有利于提高钙钛矿吸光层对入射光的捕获效率，通过调控其界面及厚度，能够优化出高效率的钙钛矿太阳能电池；基于二氧化硅-二氧化钛光子晶体异质结的三维钙钛矿吸光层利用其光子带隙、慢光效应提高器件的量子效率，且利用三维有序大孔结构提高了载流子的传输效率，从而提高器件的光电转换效率。

优选地，所述三维钙钛矿类吸光半导体材料为具有ABX₃型晶体结构的半导体材料，其中，所述A为阳离子，所述B为金属阳离子，所述X为卤素阴离子。