[发明专利]一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法，自下而上依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层、阴极修饰层和金属对电极，所述的阴极修饰层的材质为乙酰丙酮氧化钛(TOPD),阴极修饰层的设置在一定程度上降低了阴极金属电极与电子传输层之间的接触势垒，减小了串联电阻，很大程度上提高了填充因子和电流密度，使能量转换效率得到了有效提高；另一方面，相对于利用热蒸镀无机阴极界面修饰层而言，极大地简化制备工艺，降低制备成本。本发明全过程采用低温制备工艺为实现高效柔性钙钛矿太阳能电池的商业化提供了新的途径和可靠性。

技术领域

本发明属于平面钙钛矿太阳能电池领域，具体涉及一种醇溶液阴极界面修饰型平面钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着化石燃料的日益枯竭，发展清洁能源是人类实行可持续发展的必然手段。太阳能电池通过将源源不断的太阳能转化成电能，提供取之不尽用之不竭的清洁能源，是寻求可持续发展的重要对策。

目前商业化的电池主要是以硅太阳能电池及其化合物太阳能电池为主导，材料成本和制备成本较高，制约了它的发展，因此低成本、制备工艺简单的新型太阳能电池成为各国竞相研究的焦点。尤其是钙钛矿太阳能电池成本低廉，制备工艺简单，2009年，日本的Miyasaka等人首次引用有机无机混合钙钛矿材料MAPbI₃和MAPbBr₃作为染料敏化剂用于燃料敏化太阳能电池，大大提高了器件的性能。从此这种有机无机混合钙钛矿材料受到广泛的关注。在短短的几年内，钙钛矿太阳能电池技术取得突飞猛进的发展，效率从3.8％急剧上升到22％，远远超过了有机太阳能电池(OPV)、染料敏化太阳能电池(DSSC)和量子点太阳能电池，达到了目前比较成熟的CuInGaSe薄膜太阳能电池水平，然而核心材料的成本大大较低，操作工艺十分简单，成为第三代新型薄膜太阳能电池中最具潜力的一颗星。

目前，钙钛矿太阳能电池的结构主要有两种，一种是基于无机半导体氧化物为光阳极的n-i-p型钙钛矿太阳能电池，该电池结构制备工艺通常需要高温退火过程，另一种是基于聚合物半导体空穴传输层为光阳极的p-i-n行钙钛矿太阳能电池，该结构与制备工艺简单，可以在低温下制备，为柔性太阳电池发展开辟了道路，但是该类器件的性能相对降低。为了提高这种p-i-n行反向平面钙钛矿太阳能电池的性能本发明采用一种低成本工艺简单的醇溶液阴极界面修饰，在一定程度上降低了阴极与电子传输层之间的接触势垒，减小了串联电阻，很大程度上提高了填充因子和电流密度，使能量转换效率得到了有效提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池，使能量转换效率得到了有效提高。

本发明的另一个目的在于提供上述太阳能电池的制备方法。

本发明目的通过以下技术措施来实现：一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池，自下而上依次包括导电衬底、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属对电极，其特征在于：所述电子传输层和金属对电极之间设有阴极界面修饰层，所述的阴极界面修饰层的材质为乙酰丙酮氧化钛(TOPD)。

本发明另一目的通过以下技术措施来实现：一种阴极修饰型平面钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：

(1)选取导电衬底并刻蚀图案，清洗后获得已刻蚀的导电基底；

(2)将步骤(1)中的已刻蚀的导电基底采用等离子处理后，再采用旋涂法沉积聚合物半导体空穴传输材料，退火后获得空穴传输层；

(3)制备钙钛矿前驱溶液，在步骤(2)的空穴传输层上旋涂钙钛矿前驱溶液，在旋涂过程中加入反溶剂，旋涂后退火，冷却后得到致密的钙钛矿薄膜；

(4)在步骤(3)得到的致密钙钛矿薄膜上旋涂富勒烯衍生物电子传输层溶液，获得电子传输层；

其特征在于：还包括