[发明专利]一种基于spiro-OMeTAD掺杂体异质结的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于spiro‑OMeTAD掺杂体异质结的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，由下至上依次为透明衬底、导电阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、体异质结掺杂的空穴传输层以及金属阳极，且上述各层按序依次制备；其中，体异质结掺杂的空穴传输层采用空穴传输材料spiro‑OMeTAD，并掺入体异质结；体异质结包括并不限于IEICO‑4F：PCE10，薄膜厚度为300nm；掺杂的体异质结选用具有近红外吸收的给体/受体材料并选用与之搭配的受体/给体，spiro‑OMeTAD中掺入体异质结后，在提升器件短路电流的同时保持了器件的开路电压，从而提升了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

技术领域

本发明属于电子元器件中有机光电器件技术领域，涉及一种基于spiro-OMeTAD掺杂体异质结的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

电能是社会发展和经济建设的重要保障，它和高科技的紧密结合创造了丰富多彩的人类生活，同时电能的广泛应用也导致全球范围内的电力供应不足现象频繁出现。从世界范围内来看，火力发电是目前发电的最主要形式，但是由于石油、天然气、煤炭等化石燃料的大量燃烧，不仅带来了能源枯竭问题，也使环境污染，尤其是大气污染问题日益严重。为了从根本上解决能源问题与能源问题引起的环境问题，近年来人们积极开发探索可持续利用的清洁能源。太阳能是一种可持续利用的清洁能源，当前世界面临人口、资源、环境的挑战，在寻求人类社会可持续发展的进程中，太阳能利用日益为世界各国所重视，太阳能作为一种高效、无污染的可再生资源，目前已逐渐被各行各业所利用。这对缓解我国能源紧张状况，减少环境污染，同时提高人们的生活水平，具有非常重要的意义。地球以173×105瓦的功率接收来自太阳的辐射能，全球每年得到的太阳能相当于68万亿吨石油，其开发和利用有着极大的潜力。太阳能电池可以分为硅太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、有机太阳能电池等。其中钙钛矿太阳能电池由于其制作工艺简单、制造成本较低、效率不断提升等优点得到了广泛的关注与研究。但其光电转换效率与大规模生产的硅太阳能电池相比仍有一定差距，而且钙钛矿太阳能电池的稳定性较差，距离其商业化还尚需时日。如何提升钙钛矿太阳能电池的能量转换效率与稳定性，成为了当前的研究热点。

增加光响应范围是提高器件性能的方法之一。钙钛矿材料的能带可调，使用Sn代替常规钙钛矿中的Pb可使钙钛矿材料的光响应范围更大，增加近红外的光吸收。虽然该方法会增加器件的短路电流，但与此同时会使器件的开路电压下降，从而降低器件的光电转换效率。因此，如何在不降低开路电压的前提下增加器件的光响应范围是当前钙钛矿太阳能电池领域研究的热点之一。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种基于spiro-OMeTAD掺杂体异质结的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，采用n-i-p型器件结构，在空穴传输层spiro-OMeTAD中掺杂体异质结。掺杂的体异质结选用具有近红外吸收的给体(受体)材料并选用与之搭配的受体(给体)，如窄带给体材料PBDTT-DPP、PDTP-DFBT；窄带非富勒烯受体材料IEICO-4F、COi8DFIC。spiro-OMeTAD中掺入体异质结后，在提升器件短路电流的同时保持了器件的开路电压，从而提升了器件的性能，解决了背景技术的不足。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于spiro-OMeTAD掺杂体异质结的钙钛矿太阳能电池，由下至上依次为透明衬底、导电阴极、电子传输层、钙钛矿活性层、体异质结掺杂的空穴传输层以及金属阳极，且上述各层按序依次制备；其中，体异质结掺杂的空穴传输层采用空穴传输材料spiro-OMeTAD，并掺入体异质结；体异质结包括并不限于IEICO-4F：PCE10，薄膜厚度为300nm。

进一步地，所述衬底采用玻璃或透明聚合物构成；所述透明聚合物包括聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的一种或多种。

进一步地，所述导电阴极采用氧化铟锡、石墨烯或碳纳米管中的任意一种或多种的组合。