[发明专利]一种光子晶体修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种光子晶体修饰的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由上而下依次包括透明电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及对电极，所述钙钛矿太阳能电池外还设有封装结构，所述钙钛矿太阳能电池还包括光子晶体层，所述光子晶体层设于所述透明电极和电子传输层之间，利用光子晶体结构改善了介孔结构的不足，提高了钙钛矿层的吸光能力，还能提高光源的利用率，从而使电池具有光吸收系数高、光生载流子分离效率高、缺陷密度低、光电转化效率高以及稳定性良好的特点。本发明还公开了上述光子晶体修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，通过蒸发法制备的光子晶体层膜体均匀致密，且可制备更大面积的光子晶体材料，可应于光学器件，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，更具体地，涉及一种光子晶体修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

自从2009年Miyasaka团队首次将钙钛矿材料应用于太阳能电池以来，钙钛矿光伏电池由于光电转换效率高、原料储量丰富以及低温、低成本制备工艺等优势，可成为硅基太阳能电池的替代品。近年来改善制备方法上已取得一系列成果。

作为半导体材料的代表，钙钛矿材料是一种有机/无机杂化的特殊光电材料，其具有光吸收系数高、载流子迁移率大、合成方法简单等优点，但是钙钛矿自身的缺陷以及器件界面处的载流子复合问题始终制约着钙钛矿太阳能电池的发展。在传统的钙钛矿电池中，钙钛矿吸光层的光生载流子以扩散形式到达载流子传输层，完成光生载流子的收集及输运，其光生载流子的分离概率及传输速率较低，而且由于钙钛矿材料不稳定，其作为吸光层时存在较多的非辐射复合中心(如晶界、缺位等)，很容易导致光生载流子的复合损失，而较慢的光生载流子扩散速率进一步加剧了光生载流子的复合几率，降低钙钛矿太阳电池的光电转换效率。而且，钙钛矿吸光层的光生载流子通过扩散方式到达载流子传输层，通过钙钛矿吸光层与载流子传输层之间的能级匹配实现输运，但载流子传输层与钙钛矿吸光层界面处的势垒带阶较大，阻碍了光生载流子的输运，增加了光生载流子的复合损失几率，进一步降低了钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

目前，出现了一些在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间沉积纳米晶体界面层的技术，然而，这些技术虽然可以在一定程度上钝化界面，降低界面缺陷的密度，改善光从钙钛矿层传输层到钙钛矿层的光利用率，但是其并不能充分利用光源，造成光能被大量浪费，无法从根源上提高光电效率。

发明内容

本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足)，提供一种光子晶体修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，利用光子晶体结构改善了介孔结构的不足，提高了钙钛矿层的吸光能力，还能提高光源的利用率，从而使电池具有光吸收系数高、光生载流子分离效率高、缺陷密度低、光电转化效率高以及稳定性良好的特点。

本发明采取的技术方案是，提供一种光子晶体修饰的钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池由上而下依次包括透明电极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层以及对电极，所述钙钛矿太阳能电池外还设有封装结构，所述钙钛矿太阳能电池还包括光子晶体层，所述光子晶体层设于所述透明电极和电子传输层之间。

进一步地，所述电子传输层为介孔骨架结构。

进一步地，所述光子晶体层的材料为聚苯乙烯光子晶体；所述光子晶体层内部为蜂窝状结构。