[发明专利]一种抗辐照的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种抗辐照的钙钛矿太阳能电池，所述的太阳能电池自下而上依次设有导电玻璃电极层，电子传输层，钙钛矿光敏层和碳电极，所述的电子传输层、钙钛矿光敏层和碳电极中均填充有钙钛矿材料；本发明中钙钛矿太阳能电池具有良好的光电性能，同时抗辐照性能优异；无需借助其它添加材料，而且制备过程简易、材料成本低。

技术领域

本发明涉及空间能源利用技术领域，尤其涉及一种具有优良抗辐照性能的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，对于电能的需求愈来愈大，同时迫切需要特殊工作环境(比如太空)下的电能。清洁能源之一的太阳能转化为电能是关注的重点。太阳光照在半导体p-n结上，形成新的空穴-电子对，在p-n结内建电场的作用下，光生空穴流向p区，光生电子流向n区，接通电路后就产生电流。这就是光电效应太阳能电池的工作原理。目前常见的太阳能电池有硅电池、碲化镉薄膜电池、铜铟镓硒薄膜电池、染料敏化电池等。而近几年来用钙钛矿材料制备的太阳能电池效率从2009年的3.8％增长到目前的22.1％。因其较高的光吸收系数、较低的成本和易于制备等优势，钙钛矿太阳能电池获得了人们的广泛关注。

在空间飞行器中，太阳能电池得到了大量和普遍的应用。众所周知，通常基于半导体p-n结工作原理的太阳能电池的抗太空辐照能力较差，而诸如卫星等空间飞行器上的太阳能电池一般是直接暴露在复杂的空间辐照环境之中。空间辐照对太阳能电池的损伤破坏主要有三种方式：总剂量电离损伤、单粒子效应和位移损伤。因此，在空间飞行器中实际应用的太阳能电池抗辐照性能亟待提高。

复杂的空间辐照环境中，辐照源主要是质子，此外还有电子、中子和α射线等。近几年，地面模拟实验结果表明辐照对太阳能电池会造成不可逆的损伤，以至严重降低传统太阳能电池的光电性能(Bourgoin J C,Angelis N D.Radiation-induced defects insolar cell materials[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2001,66(1):467-477.)。同时，为增强太阳能电池的抗辐照性能，有人提出给太阳能电池增加防护片(WangR,Guo Z,Wang G.Low-energy proton irradiation effects on GaAs/Ge solar cells[J].Solar Energy Materials&Solar Cells,2006,90(7):1052-1057.)。但实验结果表明随着质子能量的增加，防护片的防护效果下降，从而达不到理想的抗辐照效果。

上述已有技术存在以下不足：常见的太阳能电池不具备良好的抗辐照性能，而且防护手段有限，以至在太空环境中不能展现出优良光电性能，影响诸如卫星等空间飞行器的正常工作。因此，为解决空间飞行器的电源问题，迫切需要抗辐照性能优良的新型太阳能电池。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明目的在于提供一种制备简单、成本低廉，并且具有良好抗辐照性能的钙钛矿太阳能电池。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种抗辐照的钙钛矿太阳能电池，所述的太阳能电池自下而上依次设有导电玻璃电极层，电子传输层，钙钛矿光敏层和碳电极，所述的电子传输层、钙钛矿光敏层和碳电极中均填充有钙钛矿材料。

本发明的电子传输层的材料选用Al₂O₃、SiO₂、SnO₂、TiO₂、ZnO、ZrO₂中的一种，其中优选TiO₂。

本发明的钙钛矿光敏层的材料选用ZrO₂；钙钛矿光敏层中的添加的钙钛矿作为吸光材料的同时，也作为空穴传输材料，不需要额外设计空穴传输层；

本发明的钙钛矿材料为MAPbI₃结构，其中MA为CH₃NH₃。