[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用，属于新能源技术领域。本发明提出的钙钛矿太阳能电池包括依次叠加设置的第一电极、空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和第二电极，其中，空穴阻挡层包括自第一电极而始依次设置的金属氧化物薄膜和有机物薄膜，电子传输层包括PCBM修饰的纳米线；纳米线的材质包括氧化锌、氧化钛、氧化锡和氧化铈中的至少一种。本发明提供的钙钛矿太阳能电池能够显著阻止钙钛矿太阳能电池中界面处的空穴复合，并提升所得钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。本发明还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法和应用。

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，尤其是涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法和应用。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是一种特殊的染料敏华太阳能电池，作为一种新型太阳能电池，其光电转换效率已从3.8％提高至25％左右，即已经达到了商业化应用的标准。另外，由于钙钛矿太阳能电池的原料来源较广，制备工艺简单，成本较低并且可制备大面积柔性电池和透明电池等优势，使得钙钛矿电池受到越来越多的关注。

现阶段，钙钛矿太阳能电池的内部结构依次为透明导电基底、电子传输层(主要是金属氧化物，例如氧化钛、氧化锡等)、钙钛矿层、空穴传输层、金属电极。上述结构的钙钛矿电池的电子空穴复合严重、光电转化效率低、且钙钛矿电池结构的稳定性差。

为解决上述技术问题，有技术尝试在透明导电基底和电子传输层之间设置致密的金属氧化物薄膜，例如致密二氧化钛层，以作为空穴阻挡层，以阻挡上述空穴复合。但是效果仍有非常大的优化空间。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种钙钛矿太阳能电池，能够显著阻止所述钙钛矿太阳能电池中界面处的空穴复合，并提升所得钙钛矿太阳能电池的稳定性和光电转换效率。

本发明还提供了上述钙钛矿太阳能电池的制备方法。

本发明还提供了上述钙钛矿太阳电池的应用。

根据本发明第一方面的实施例，提出了一种钙钛矿太阳能电池，所述钙钛矿太阳能电池包括依次叠加设置的第一电极、空穴阻挡层、电子传输层、钙钛矿活性层、空穴传输层和第二电极，其中，所述空穴阻挡层包括自所述第一电极而始依次设置的金属氧化物薄膜和有机物薄膜，所述电子传输层包括PCBM修饰的纳米线；所述纳米线的材质包括氧化锌、氧化钛、氧化锡和氧化铈中的至少一种。

根据本发明实施例的钙钛矿太阳能电池，至少具有如下有益效果：

传统的空穴阻挡层大多是金属氧化物薄膜，电子传输层大多颗粒状的金属氧化物；由此空穴阻挡层虽然可以一定程度上阻止空穴复合，但是金属氧化物薄膜和电子传输层之间通常不能形成有效的化学键合而导致电子传输受阻，严重影响钙钛矿太阳能电池的光电性能。

本发明提供的钙钛矿太阳能电池中，在金属氧化物薄膜和电子传输层之间设置了一层有机物薄膜，相当于增强了两者之间的化学连接，因此在阻挡空穴复合的基础上，不影响电子的传输。此外，有机物薄膜也具有一定的阻止空穴复合的作用，和金属氧化物薄膜相协同，进一步提升了空穴阻挡层的效果。

进一步的，本发明提供的钙钛矿太阳能电池中，采用PCBM修饰的金属氧化物纳米线作为电子传输层的主要材质，由此一方面调整了电子传输层的能级，使其和钙钛矿活性层的能级匹配性更好，减少电子传输过程中的能量损失，另一方面PCBM和纳米线相比，具有比较好的柔性，因此也相当于优化了电子传输层和金属氧化物薄膜之间的机械和电学接触。

综上，本发明提供的钙钛矿太阳能电池中，通过优化空穴阻挡层的结构、材质，以及电子传输层中主要材料的结构和材质，显著避免了空穴复合现象，提升了所得钙钛矿太阳能电池的光电效率和稳定性。

根据本发明的一些实施例，所述第一电极包括FTO薄膜和ITO薄膜中的至少一种。