[发明专利]一种染料敏化和双钙钛矿的杂化太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种染料敏化和双钙钛矿的杂化太阳能电池及其制备方法，属于钙钛矿太阳能电池技术领域。解决现有非铅双钙钛矿材料由于Cs₂AgBiBr₆的光学带隙较宽导致光学吸收能力较差，光电流低，进而导致器件效率较低的技术问题。本发明的杂化太阳能电池由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；电子传输层为吲哚染料D102、D131或者D149敏化的二氧化钛TiO₂；钙钛矿层为Cs₂AgBiBr₆。吲哚染料同时作为光敏材料对器件的光学吸收和光电流做出贡献。本发明提供的制备方法制备出的器件相比基于普通二氧化钛作为电子传输材料制备的器件的光电流明显提高，最高光电转化效率达到4.23％，是目前为止效率最高的非铅双钙钛矿太阳能电池。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及以三种吲哚染料D102、D131、D149中的任意一种敏化的二氧化钛薄膜作为电子传输层和基于Cs₂AgBi Br₆作为钙钛矿吸光层的染料敏化和双钙钛矿的杂化太阳能电池及其制备方法。

背景技术

目前钙钛矿太阳能电池已经具有和硅基太阳能电池相当的能量转化效率以及更低的制作成本。然而，受限于材料中铅的存在以及稳定性较差等因素，传统的铅基钙钛矿太阳能电池难以大规模应用。双钙钛矿是非铅钙钛矿材料的一个重要组成部分，应用此类材料制备的太阳能电池在保证稳定性的同时，也获得了不错的能量转化效率，目前被研究最多、光伏性能最好的双钙钛矿材料是Cs₂AgBiBr₆。但是该材料本身带隙比较宽，光吸收能力较差，限制了其光电性能。

发明内容

本发明要解决现有技术中非铅双钙钛矿材料由于Cs₂AgBiBr₆的光学带隙较宽导致光学吸收能力较差，光电流低，进而导致器件效率较低的技术问题，提供一种以三种吲哚染料D102、D131、D149中的任意一种敏化的二氧化钛薄膜作为电子传输层和基于Cs₂AgBiBr₆作为钙钛矿吸光层的染料敏化和双钙钛矿的杂化太阳能电池及其制备方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

本发明提供一种染料敏化和双钙钛矿的杂化太阳能电池，由下至上依次包括透明导电玻璃阴极、电子传输层、钙钛矿层、空穴传输层和金属阳极；

其特征在于，

所述电子传输层为染料敏化的二氧化钛，具体为吲哚染料D102、D131或者D149敏化的二氧化钛；

吲哚染料D102、D131或者D149的结构式如下：

所述钙钛矿层为Cs₂AgBiBr₆。

在上述技术方案中，所述透明导电玻璃阴极为掺氟的氧化铟锡FTO。

在上述技术方案中，所述电子传输层结构为c-TiO₂/m-TiO₂/D102、D131或D149。

在上述技术方案中，所述空穴传输层为2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)。

在上述技术方案中，所述金属阳极为Ag。

在上述技术方案中，所述电子传输层的厚度为470nm、钙钛矿层的厚度为210nm、空穴传输层的厚度为70nm、金属阳极的厚度为60nm。

本发明还提供一种染料敏化和双钙钛矿的杂化太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

1)透明导电玻璃阴极的处理：