[发明专利]一种以酞菁铜作为空穴传输层的杂化太阳能电池结构与制备方法

说明书

本发明涉及一种以酞菁铜(CuPc)为空穴传输层的杂化太阳能电池。本发明所述的有机无机杂化太阳能电池由下到上依次包括透明导电衬底、酞菁铜空穴传输层、CH₃NH₃PbX₃（式中X为Cl、I或者它们的混合）有机无机杂化钙钛矿光敏层、电子传输层和反射电极组成。本发明的优点和积极效果：在杂化太阳能电池中，采用酞菁铜作为空穴传输层具有良好的成膜特性和较好的空穴传输能力，电子－空穴的复合得到了有效的抑制，光电转换效率较高；酞菁铜作为空穴传输层，化学性质稳定，器件寿命得到提升；器件制备方法工艺简单、反应温度低、效率高、原材料丰富、成本低，适于工业化大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种以酞菁铜作为空穴传输层的杂化太阳能电池结构与制备方法，属于薄膜材料与器件领域。

背景技术

近年来，为了解决日益严峻的能源和环境问题，人们把目光投向了新能源的开发和利用上。在各种新能源技术中，太阳能发电无疑是最具有前景的方向之一。传统的硅基太阳能电池虽然实现了产业化，有着较为成熟的市场，但其性价比还无法与传统能源相竞争，并且制造过程中的污染和能耗问题影响了其广泛应用。因此，研究和发展高效率、低成本的新型太阳能电池十分必要。在众多的新型太阳能电池里，钙钛矿太阳能电池近两年脱颖而出，自从2012年PARK课题组首次报道寿命500小时以上、效率达到9.7%的全固态钙钛矿太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池受到了学界和产业界的极大关注，发展迅速，还被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。

钙钛矿太阳能电池具有光吸收系数大、激子扩散长度长、载流子迁移率高等优点。典型的钙钛矿太阳能电池的结构有两种：一种为介孔结构，另一种为平面结构。与介孔结构相比，平面结构钙钛矿电池结构简单，可在低温条件下制备。平面钙钛矿太阳能电池就是在钙钛矿光敏层的前后分别加上电子传输层和空穴传输层形成三明治结构。在平面钙钛矿太阳能电池中，使用最多的空穴传输材料是Poly(3,4-ethylene dioxythiophene): poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) 。虽然使用PEDOT:PSS作为空穴传输层的钙钛矿电池可以达到较高的效率，但是由于PEDOT:PSS具有一定的酸性，其对ITO或者FTO电极会产生较强的腐蚀作用，造成器件寿命的下降。因此开发传输性能好，性质稳定的空穴传输层非常必要。

酞菁铜(CuPc)是一种性质非常稳定的酞菁金属化合物，合成方法简单、价格低廉具备优良的光电功能特性。CuPc的优良性质使得其已经在诸多领域中得以广泛的应用。利用它的光电导性可以制备出性能优良的液晶光阀。利用其气敏性可制备出灵敏的气体传感器。由于CuPc的光伏效应和良好的空穴传输能力可制备出性能稳定、廉价的太阳能电池等等。由于CuPc一方面化学性质稳定，不溶于水、醇，另一方面，其空穴传输能力优异，其HOMO能级为5.2 eV左右，与常用的有机无机杂化钙钛矿材料的HOMO能级匹配性好，能够加快空穴的收集，减小电子和空穴的复合。本发明就是利用了CuPc的这两方面的优点，一方面提高有机无机钙钛矿太阳能电池的效率，另一方面提高其工作寿命。目前，还未在有机无机杂化钙钛矿太阳能电池中见到使用CuPc作为空穴传输层的相关报道。

发明内容

本发明涉及一种以酞菁铜(CuPc)作为空穴传输层的杂化太阳能电池。针对现有技术的不足，目的在于提供一种酞菁铜作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为:一种以酞菁铜(CuPc)为空穴传输层的杂化太阳能电池，其特征在于，由下到上依次包括透明导电衬底、CuPc空穴传输层、有机无机杂化钙钛矿光敏层、电子传输层和反射电极。

上述方案中，所述的透明导电衬底为沉积有ITO、FTO、AZO的玻璃衬底或者柔性衬底。

上述方案中，使用CuPc作为空穴传输层，空穴传输层厚度20-50 nm。