一种钙钛矿太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种钙钛矿太阳电池及其制备方法。所述钙钛矿太阳电池包括透明电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极，其中所述空穴传输层包括PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种；所述电子传输层包括58π-电子富勒烯PCBM、56π-电子富勒烯OQMF、54π-电子富勒烯OQBMF、PFN、PEIE、ZnO、TiO2、掺杂或修饰的ZnO或TiO2中的至少一种。本发明专利技术的钙钛矿太阳电池具有较高的能量转化效率，并具有较低的成本；所述制备方法工艺简单，能够进行规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。所述钙钛矿太阳电池包括透明电极、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层和金属电极，其中所述空穴传输层包括PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种；所述电子传输层包括58π-电子富勒烯PCBM、56π-电子富勒烯OQMF、54π-电子富勒烯OQBMF、PFN、PEIE、ZnO、TiO2、掺杂或修饰的ZnO或TiO2中的至少一种。本专利技术的钙钛矿太阳电池具有较高的能量转化效率，并具有较低的成本；所述制备方法工艺简单，能够进行规模化生产。【专利说明】
本专利技术涉及太阳电池领域，尤其涉及一种高效钙钛矿太阳电池及其制备方法。
技术介绍
随着人类对能源需求的大幅增长和化石能源造成的严重环境污染，以及化石能源的不断枯竭，能源问题已成为全人类面临的重要问题。2014年春节刚过，全国多地连日出现由汽车尾气和工业排放引起的严重雾霾，极大损害了人民健康和国家形象，引发了全社会对能源和环境污染的关注，快速发展洁净能源势在必行。太阳能是一种清洁、安全且取之不尽的能源，有效利用太阳能对缓解能源危机和保护环境，推动经济发展具有重要意义。1954年，美国贝尔实验室首次报道效率为6%的单晶硅太阳电池。之后，太阳电池领域的研究一直持续发展。太阳电池主要包括单晶/多晶硅太阳电池，无机半导体(砷化镓、碲化镉和铜铟镓硒)薄膜太阳电池，以及染料敏化、量子点、有机太阳电池等三代太阳电池。虽然这几类电池在基础科学和实际应用方面都得到了深入研究，但是由于生产成本高或毒性大或能量转化效率低等问题一度使太阳电池发展陷入瓶颈期。2009年，Miyasaka等首次将钙钛矿CH3NH3PbI3和CH3NH3PbBr3作为光敏剂用于染料敏化电池获得3.8%的能量转化效率。之后，钙钛矿(CH3NH3PbI3_xBx，B=I, Cl, Br)因其合成简单、成本低、可溶液处理、吸光系数高、同时具备传输空穴和电子能力等优点而在光伏领域得到迅猛发展。2012年，牛津大学Snaith等人将钙钛矿CH3NH3PbI2Cl作为吸光层用于FTO/致密TiO2层/介孔TiO2或Al2O3/钙钛矿层/Spiro-OMeTAD空穴传输层/Ag太阳电池中，电池开路电压V。。高达1.1V，能量转化效率PCE高达10.9%，在全球范围掀起研究钙钛矿太阳电池的热潮。2014年，Snaith等通过改善致密TiO2层将电池效率刷新至15.9%，这是目前钙钛矿太阳电池的最高效率。但是该电池存在一些问题，如致密TiO2电子传输层和介孔TiO2支架层均需500°C高温处理、空穴传输层Spiro-OMeTAD价格昂贵等。因此，探索新型钙钛矿太阳电池结构和制备方法，以获得较高能量转化效率并具有较低的成本，具有重大意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供，所述钙钛矿太阳电池具有较高的能量转化效率，并具有较低的成本；所述制备方法工艺简单，能够进行规模化生产。本专利技术的目的之一在于提供一种钙钛矿太阳电池，包括透明电极、在所述透明电极上形成的空穴传输层、在所述空穴传输层上形成的钙钛矿吸光层、在所述钙钛矿吸光层上形成的电子传输层和在所述电子传输层上形成的金属电极，或者包括透明电极、在所述透明电极上形成的电子传输层、在所述电子传输层上形成的钙钛矿吸光层、在所述钙钛矿吸光层上形成的空穴传输层和在所述空穴传输层上形成的金属电极。具有上述结构的钙钛矿太阳电池的空穴传输层包括PED0T:PSS (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-polystyrene sulfonate,聚(3，4_ 乙撑二氧噻吩)-聚苯乙烯横酸)、P3HT (poly (3-hexylthiophene)，聚(3_ 己基噻吩))、PTAA (polytriaryIamine,聚三芳胺)、PThTPTI (Poly{2,5-thiophene-alt-2, 8-(4, 10-bis(2-hexyldecyl))thienopyridoth ieno isoquinoline-5, 11(4H, IOH)-dione})、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种；所述电子传输层包括58 π-电子富勒烯PCBM(-phenyl-C61-butyric acid methyl ester, -苯基-C61-丁酸甲酯)、56 π -电子富勒烯 OQMF (o-quinodimethane-methanofullerene,邻苯醌二甲烧亚甲基富勒烯)、54π-电子富勒烯 OQBMF (o-quinodimethane-bis-methanofullerene,邻苯醌二甲烧双亚甲基富勒烯)、PFN (poly , -交替共聚物)、PEIE (ethoxylatedpolyethylenimine,乙氧基化聚乙烯亚胺)、Zn0、Ti02、掺杂或修饰的ZnO或TiO2中的至少一种。作为本专利技术的优选方案，所述金属氧化物为MoOx (其中x=2~3)、Ni0、V205和/或WO3。作为本专利技术的优选方案，所述空穴传输层包括PED0T:PSS、P3HT、PTAA和PThTPTI中的至少一种。作为本专利技术的优选方案，所述掺杂或修饰的ZnO或TiO2为Al掺杂Zn0、PFN或PEIE修饰的ZnO、富勒烯衍生物(例如C-PCBSD和/或bis_DBMD)修饰的ZnO和/或各种缓冲层修饰的TiO2。作为本专利技术的优选方案，所述电子传输层包括58 π -电子富勒烯PCBM、56 π -电子富勒烯0QMF、54 31 -电 子富勒烯OQBMF、ZnO和TiO2中的至少一种，更优选58 π -电子富勒烯PCBM、56 31 -电子富勒烯OQMF和54 π -电子富勒烯OQBMF中的至少一种。作为本专利技术的优选方案，所述钙钛矿吸光层包括CH3NH3MI3_XBX，其中x=0~3，M选自Pb或Sn，B选自1、Cl或Br。所述钙钛矿吸光层的材料典型但非限定性的实例比如:CH3NH3PbCl3、CH3NH3PbBr3' CH3NH3PbI3' CH3NH3PbIBr2, CH3NH3PbI2Br, CH3NH3PbI2Cl'CH3NH3PbICl2, CH3NH3SnCl3^ CH3NH3SnBr3^ CH3NH3SnI3^ CH3NH3SnIBr2, CH3NH3SnI2Br 或CH3NH3SnICl2 等。作为本专利技术的优选方案，所述钙钛矿太阳电池包括透明电极、在所述透明电极上形成的空穴传输层、在所述空穴传输层上形成的钙钛矿吸光层、在所述钙钛矿吸光层上形成的电子传输层和在所述电子传输层上形成的金属电极；其中所述空穴传输层包括PEDOT: PSS、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种，优选PEDOT: PSS ；所述电子传输层包括58 -电子富勒烯PCBM、56 J1-电子富勒烯0QMF、54 J1-电子富勒烯OQBMF、PFN、PEIE和ZnO中的至少一种，优选58 -电子富勒烯PCBM、56 π -电子富勒烯OQMF和54 π -电子富勒烯OQBMF中的至少一种；所述钙钛矿吸光层包括CH3NH3MI3_ΧΒΧ，其中χ=0~3，M选自Pb或Sn，B 选自 1、C1 或 fc。作为本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿太阳电池，包括透明电极、在所述透明电极上形成的空穴传输层、在所述空穴传输层上形成的钙钛矿吸光层、在所述钙钛矿吸光层上形成的电子传输层和在所述电子传输层上形成的金属电极，或者包括透明电极、在所述透明电极上形成的电子传输层、在所述电子传输层上形成的钙钛矿吸光层、在所述钙钛矿吸光层上形成的空穴传输层和在所述空穴传输层上形成的金属电极，其中所述空穴传输层包括PEDOT:PSS、P3HT、PTAA、PThTPTI、金属氧化物和氧化石墨烯中的至少一种；所述电子传输层包括58π‑电子富勒烯PCBM、56π‑电子富勒烯OQMF、54π‑电子富勒烯OQBMF、PFN、PEIE、ZnO、TiO2、掺杂或修饰的ZnO或TiO2中的至少一种。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁黎明，陈珊，左传天，
申请(专利权)人：国家纳米科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11