【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及太阳能电池的，尤其涉及一种全钙钛矿叠层太阳能电池及其制备方法。
技术介绍
1、太阳能作为一种清洁、可再生的能源，其开发与利用受到了广泛关注。太阳能电池作为将太阳能转换为电能的关键技术，其效率和稳定性是决定其商业化应用前景的重要因素。传统的单结太阳能电池由于受到光吸收材料带隙的限制，往往存在光电转换效率较低的问题。为了提高光电转换效率，研究者们开发了多种新型太阳能电池结构，如多结太阳能电池和叠层太阳能电池。这些电池通过在不同的电池层之间实现互补吸收，可以更有效地利用太阳光谱，从而提高整体的光电转换效率。
2、然而，现有的叠层太阳能电池技术仍存在一些挑战，例如材料成本高、制备工艺复杂、电池稳定性差等问题。此外，电池的长期耐久性也是制约其大规模应用的关键因素之一。为了克服这些限制，科研人员不断探索新型材料和优化制备工艺，以期实现更高效、更稳定、成本更低的太阳能电池技术。在这样的背景下，本专利技术提出了一种新型的叠层太阳能电池及其制备方法，旨在解决现有技术中的一些不足，以期推动太阳能电池技术的发展。
技术实现思路
1、鉴于以上现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种全钙钛矿叠层太阳能电池，以解决传统太阳能电池在光电转换效率、稳定性、耐久性以及对太阳光谱利用率等方面的不足问题。
2、为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种全钙钛矿叠层太阳能电池，所述全钙钛矿叠层太阳能电池包括宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池以及设置在宽带隙钙钛
4、作为优选的技术方案，所述共价有机骨架材料改性的钙钛矿吸收层由钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到。
5、作为优选的技术方案，所述共价有机骨架(cof)材料先由三乙烯基环状杂环化合物和羟基丙烯酰胺进行加成反应，然后反应产物与二元异氰酸进行分子自组装反应，形成三维网络结构的共价有机骨架材料。
6、本申请cof材料的有序多孔结构，在钙钛矿晶体的成核和生长过程中起到了模板作用，促进了钙钛矿晶体的定向生长，从而有利于制备出更均匀、更高质量的钙钛矿吸收层，进而提高电池的光电转换效率；另外，cof材料的官能团可以与钙钛矿表面的缺陷位点相互作用，有效钝化这些缺陷，减少载流子的捕获和非辐射复合，进而降低能量损失；cof材料的三维网络结构不仅为钙钛矿吸收层提供物理保护，抵御环境侵蚀，提高化学稳定性，还能增强载流子的提取和传输效率，优化电池的能级结构，提升开路电压和填充因子。
7、作为优选的技术方案，所述三乙烯基环状杂环化合物为2,4,6-三乙烯基环硼氧烷、2,4,6-三甲基-2,4,6-三乙烯基环三硅氧烷、1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基环三硅氮烷中的至少一种。本申请三乙烯基环状杂环化合物，通过乙烯基团与羟基丙烯酰胺中的不饱和键反应，形成带有三个羟基和酰胺基团的环状杂环化合物，为后续的分子自组装提供了丰富的反应位点。进一步，利用其羟基与二元异氰酸中的异氰酸基团反应，最终形成具有多孔特性的三维网络结构。本申请通过环状杂环化合物的引入，不仅增强了共价有机骨架(cof)材料的交联密度和机械强度，提高了材料的热稳定性，而且通过环状结构的化学功能性，增强了cof与钙钛矿层之间的相互作用。这种增强的相互作用有助于提高太阳能电池的能量转换效率，减少载流子的非辐射复合，从而提升了电池的整体性能。此外，环状杂环化合物的引入还可能促进钙钛矿晶体的成核和生长，进一步优化钙钛矿吸收层的质量和光电性能，使得太阳能电池在高温和各种环境条件下都能保持高效稳定的运行。
8、作为优选的技术方案，所述羟基丙烯酰胺为n-羟甲基丙烯酰胺、n-(2-羟乙基)丙烯酰胺、n-(3-羟基丙基)丙烯酰胺、n-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺、n-(2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺中的至少一种。本申请通过引入酰胺基团，不仅进一步增强了共价有机骨架(cof)材料的化学功能性和与钙钛矿层的相互作用，从而进一步提高太阳能电池的能量转换效率，而且通过酰胺基团的氢键形成能力，增强了材料的稳定性和机械性能。此外，酰胺基团的电子特性可以进一步优化cof材料的电子结构，有助于提高电池的开路电压和填充因子。
9、作为优选的技术方案，所述二元异氰酸为4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)、对苯二异氰酸酯、1,1'-亚甲基二(3,5-二乙基-4-异氰酸苯)、1,3-苯二基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,3-二(异氰酸甲基)苯、间苯二甲基异氰酸酯、1,3-二(异氰酸甲基)苯中的至少一种。
10、作为优选的技术方案，所述宽带隙钙钛矿电池包括共价有机骨架材料改性的宽带隙钙钛矿吸收层；所述宽带隙钙钛矿吸收层由宽带隙钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到；所述宽带隙钙钛矿前驱体溶液由碘化甲胺、溴化甲醚、碘化铅、碘化铯、氯化铯、溴化铅和溶剂复配得到。所述热处理的操作条件为140～160℃下退火30～90min。
11、作为优选的技术方案，所述窄带隙钙钛矿电池包括共价有机骨架材料改性的窄带隙钙钛矿吸收层；所述窄带隙钙钛矿吸收层由窄带隙钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到；所述窄带隙钙钛矿前驱体溶液由锡粉、碘化甲醚、碘化甲胺、碘化铅、碘化亚锡、氟化亚锡和溶剂复配得到。所述热处理的操作条件为80～120℃下退火30～60min。
12、作为优选的技术方案，所述隧穿结选自氧化锡层、氧化钼层、氧化锌层、氧化钛层、氧化镍层、氧化铟锡层、掺铝氧化锌层、掺锑氧化锡层中的至少一种。
13、本专利技术的另外一方面是提供一种如上述叠层太阳能电池的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
14、s1：以第一透明导电玻璃为衬底，依次沉积形成电子传输层、宽带隙钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属对电极层，得到宽带隙钙钛矿电池；
15、s2：以第二透明导电玻璃为衬底，依次沉积形成电子传输层、窄带隙钙钛矿吸收层、空穴传输层和金属对电极层，得到窄带隙钙钛矿电池；
16、s3：将步骤s1制备得到的宽带隙钙钛矿电池和步骤s2制备得到的窄带隙钙钛矿电池通过隧穿结堆叠复合，得到所述全钙钛矿叠层太阳能电池。
17、本专利技术的有益效果：
18、本专利技术的叠层太阳能电池，通过创新性地引入共价有机骨架(cof)材料改性的钙钛矿吸收层，不仅提高了电池的光电转换效率，而且增强了其在不同环境条件下的稳定性和耐久性。这种结构设计和材料选择的结合，有助于提高电池对太阳光谱的利用率，同时减少能量损失，延长电池的使用寿命。
19、总的来说，本专利技术的叠层太阳能电池不仅兼具优异的光电转换效率和良好的机械稳定性，而且保证了其在各种环境条件下的长期耐久性和稳定性。整体综合性能强，可满足商业化应用的高标准要求，为太阳能电池技术的发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述全钙钛矿叠层太阳能电池包括宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池以及设置在宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池之间的隧穿结；所述宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池中的至少一个包括共价有机骨架材料改性的钙钛矿吸收层。
2.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述共价有机骨架材料改性的钙钛矿吸收层由钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到。
3.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述共价有机骨架材料先由三乙烯基环状杂环化合物和羟基丙烯酰胺进行加成反应，然后反应产物与二元异氰酸进行分子自组装反应，形成三维网络结构的共价有机骨架材料。
4.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述三乙烯基环状杂环化合物为2,4,6-三乙烯基环硼氧烷、2,4,6-三甲基-2,4,6-三乙烯基环三硅氧烷、1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基环三硅氮烷中的至少一种。
5.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述羟基丙烯酰胺为N-羟
6.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述二元异氰酸为4,4'-亚甲基双(异氰酸苯酯)、对苯二异氰酸酯、1,1'-亚甲基二(3,5-二乙基-4-异氰酸苯)、1,3-苯二基二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、1,3-二(异氰酸甲基)苯、间苯二甲基异氰酸酯、1,3-二(异氰酸甲基)苯中的至少一种。
7.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述宽带隙钙钛矿电池包括共价有机骨架材料改性的宽带隙钙钛矿吸收层；所述宽带隙钙钛矿吸收层由宽带隙钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到；所述宽带隙钙钛矿前驱体溶液由碘化甲胺、溴化甲醚、碘化铅、碘化铯、氯化铯、溴化铅和溶剂复配得到。
8.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述窄带隙钙钛矿电池包括共价有机骨架材料改性的窄带隙钙钛矿吸收层；所述窄带隙钙钛矿吸收层由窄带隙钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到；所述窄带隙钙钛矿前驱体溶液由锡粉、碘化甲醚、碘化甲胺、碘化铅、碘化亚锡、氟化亚锡和溶剂复配得到。
9.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述隧穿结选自氧化锡层、氧化钼层、氧化锌层、氧化钛层、氧化镍层、氧化铟锡层、掺铝氧化锌层、掺锑氧化锡层中的至少一种。
10.一种如权利要求1～9任一项所述全钙钛矿叠层太阳能电池的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述全钙钛矿叠层太阳能电池包括宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池以及设置在宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池之间的隧穿结；所述宽带隙钙钛矿电池和窄带隙钙钛矿电池中的至少一个包括共价有机骨架材料改性的钙钛矿吸收层。
2.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述共价有机骨架材料改性的钙钛矿吸收层由钙钛矿前驱体溶液和共价有机骨架材料复配混合均匀后，通过热处理得到。
3.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述共价有机骨架材料先由三乙烯基环状杂环化合物和羟基丙烯酰胺进行加成反应，然后反应产物与二元异氰酸进行分子自组装反应，形成三维网络结构的共价有机骨架材料。
4.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述三乙烯基环状杂环化合物为2,4,6-三乙烯基环硼氧烷、2,4,6-三甲基-2,4,6-三乙烯基环三硅氧烷、1,3,5-三乙烯基-1,3,5-三甲基环三硅氮烷中的至少一种。
5.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述羟基丙烯酰胺为n-羟甲基丙烯酰胺、n-(2-羟乙基)丙烯酰胺、n-(3-羟基丙基)丙烯酰胺、n-(2-羟基丙基)甲基丙烯酰胺、n-(2-羟基乙基)甲基丙烯酰胺中的至少一种。
6.如权利要求1所述全钙钛矿叠层太阳能电池，其特征在于，所述二元...
【专利技术属性】
技术研发人员：庞健，谢小两，李冬，杨柳，王立富，
申请(专利权)人：宁波欧达光电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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