[发明专利]用于钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及太阳电池技术领域，特别是涉及一种用于钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层及其制备方法。

背景技术

太阳电池是一种直接把太阳光能转换为电能的器件。目前硅基太阳电池技术是最为成熟、应用最广的光伏技术。但由于其制作成本高，人们开始把目光转向低成本的太阳电池材料与技术。新型薄膜太阳电池由于其低廉的成本和简单的制备工艺越来越受到人们的重视。提高薄膜太阳电池效率的关键之一在于寻求低成本、吸光范围宽、高吸收系数的吸光材料。具有钙钛矿型层状结构的有机金属材料作为一种廉价、高吸收系数的吸光材料，受到关注。近两年来基于钙钛矿基薄膜太阳电池的发展非常迅速。

钙钛矿基薄膜太阳电池的一般结构为：致密层、支架层、吸光层、空穴传输层和对电极。其中，吸光层由具有钙钛矿结构的材料形成。基于不同种类的支架层，此类电池又分为两种：一种是基于钙钛矿对纳晶多孔宽禁带半导体薄膜（如TiO₂，ZnO，SnO₂）敏化的薄膜电池，另一种是以多孔绝缘材料薄膜（如Al₂O₃，ZrO₂，SiO₂等）为支架层的本体异质结薄膜电池。其中，基于钙钛矿对TiO₂敏化电池的光电转换效率已经达到15%。近期发现采用Al₂O₃和ZrO₂绝缘材料作为支架层的钙钛矿基薄膜太阳电池的最高效率可以达到12.3%。证明了这种钙钛矿材料不仅有很好的吸光特性，还具有很好的传输电子的能力。钙钛矿的这种优点为支架层材料的选择提供了更大的空间。

现有钙钛矿基薄膜太阳电池在制备支架层的过程中需要高温烧结，这使得电池的制备工艺复杂化，且成本增加。在该技术领域，急切希望能够扩展支架层材料的选择范围以及低成本的电池制备工艺。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种由聚合物材料形成的钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层。本发明的另一个目的是要简化钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层的制备方法。本发明又一个目的是要提供一种钙钛矿基薄膜太阳电池。

为了实现上述目的，本发明提供了一种用于钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层，所述支架层具有多孔结构，以便在其中填充具有钙钛矿结构的有机金属半导体吸光材料；其中，所述支架层由聚合物材料形成。

在一种实施方式中，所述支架层可以由聚合物纳米材料形成；可选地，所述聚合物纳米材料可以为纳米颗粒形式，所述纳米颗粒的粒径可以为30-200nm。

在一种实施方式中，所述聚合物材料可以为交联化聚合物材料；可选地，所述交联化聚合物材料可以包括交联聚苯乙烯、交联聚甲基丙烯酸甲酯、交联酚醛树脂中的一种或多种。

在一种实施方式中，所述支架层的厚度可以为200-1000nm；优选地，所述支架层的厚度可以为200-600nm。

本发明还提供了一种钙钛矿基薄膜太阳电池，包括：

衬底；

在所述衬底上形成的导电层；

在所述导电层上形成的且为半导体材料的致密层；

在所述致密层上形成的前述任一种支架层；

在所述支架层内填充的钙钛矿结构的有机金属半导体吸光层；

在所述有机金属半导体吸光层上形成的空穴传输层；以及

在所述空穴传输层上形成的对电极。

在一种实施方式中，所述有机金属半导体吸光层还包括覆盖所述支架层之上的加盖层（capping layer）。

在一种实施方式中，所述有机金属半导体吸光层的材料可以为选自化学通式为(CH₃NH₃)PbX_mY_n中的一种或多种材料，其中X，Y=Cl，Br，I；m=1，2，3；n=3-m。

在一种实施方式中，所述致密层可以由TiO₂薄膜或掺锂TiO₂薄膜形成；可选地，所述致密层的厚度可以为20-150nm；优选地，所述致密层的厚度可以为50nm。

在一种实施方式中，所述空穴传输层可以由spiro-OMeTAD、P3HT、PCBTDPP、PTAA中的一种或几种材料形成；可选地，所述空穴传输层的厚度可以为20-500nm。

在一种实施方式中，所述对电极可以由金或银材料形成，所述对电极的厚度可以为50-200nm。