[发明专利]一种以下转换材料界面修饰的太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种以下转换材料界面修饰的太阳能电池及其制备方法，所述太阳能电池由基底、透明导电电极、电子传输层、下转换材料层、光吸收层、空穴传输层和金属电极依次紧密连接而成。本发明采用下转换材料界面修饰太阳能电池电子传输层的器件设计，在电子传输材料层之上，应用新型的下转换材料，将紫外光转换为可见光，增强了器件可见光电流吸收，减小了界面激子复合几率，提高了太阳能电池的光电转换效率，同时又克服了紫外光对于太阳能电池器件稳定性的不利影响，提高了电池器件的光稳定性。其制备工艺简单，显著提高太阳能电池的光电转换效率和光稳定性。

技术领域

本发明属于太阳能电池领域。

背景技术

全球气候变暖和能源危机已经成为人类面临的共同挑战，开发和利用可再生的清洁能源显得日益迫切。太阳能电池利用清洁且可再生的太阳能源，将太阳能直接转换成电能。在实际应用中，硅基太阳能电池由于成熟的工艺得到了广泛的应用，占据市场的主导地位。但是由于硅基太阳能电池具有高能耗和高成本的制备工艺，开发低成本和高效率的新型太阳能电池受到新能源市场的广泛关注。

钙钛矿太阳能电池利用有机金属卤化物半导体作为光吸收材料，因其具有钙钛矿的结构ABX₃而得名，其中A是一价有机或无机阳离子(CH₃NH₃⁺,HC(NH₂)₂⁺,Cs⁺)，B是二价金属离子(Pb²⁺，Sn²⁺，Ge²⁺)，X是卤素阴离子(I^-,Br^-,Cl^-)。钙钛矿材料MAPbX₃(MA＝CH₃NH₃⁺，X＝I^-or Br^-)最初是作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的敏化剂，由于其在液体电解质中不稳定性，在2009年只得到3.8％的光电转换效率。以有机金属卤化物为结构特点的钙钛矿材料具有优异的光吸收和载流子传输性能，到2016年太阳能转换效率已经超过20％，这使得其接近晶体硅太阳能电池和传统的碲化镉(CdTe)和铜铟镓锡(CIGS)薄膜太阳能电池的效率，其优异的性能和低廉的制备成本优势，已经引起了世界范围的广泛关注和研究兴趣，迅速成为极具市场潜力的新型太阳能电池。

有机太阳能电池利用具有光敏性质的有机物半导体作为电子给体，富勒烯衍生物作为电子受体，给体分子和受体分子共混形成体异质结。经过多年的发展，到2018年其单结太阳能转换效率已经超过14％。

太阳能电池光电转换效率的提升不仅取决于光的吸收能力，还取决于载流子在器件中的传输速率。电荷分离产生的自由电子和空穴必须迅速传输到对应的电极之后才能产生光电流，电荷收集效率会受到界面复合损耗以及缺陷捕获的影响。如果要在界面复合以及缺陷捕获之前到达电极,就需要载流子具有较高的传输速率。因此，提高太阳能电池性能的关键因素之一在于如何大幅度减小缺陷密度，提高载流子的传输速率，不同功能层之间的界面修饰和调控显得尤为重要。

太阳能电池器件的光稳定性也是制约其产业化发展的主要因素之一，有效利用紫外光而同时消除紫外光对于器件光稳定性的不利影响，显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种以下转换材料界面修饰的太阳能电池，其不仅增强了器件可见光电流吸收，减小了界面激子复合几率，提高了太阳能电池的光电转换效率，同时又克服了紫外光对于太阳能电池器件稳定性的不利影响，提高了电池器件的光稳定性。

本发明的另一个目的是提供上述太阳能电池的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种以下转换材料界面修饰的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池由基底、透明导电电极、电子传输层、下转换材料层、光吸收层、空穴传输层和金属电极依次紧密连接而成。