[发明专利]一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池

说明书

本发明公开了一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，涉及半导体薄膜太阳能电池领域，本发明在现有钙钛矿太阳能电池的基础上，在空穴传输层、钙钛矿活性层之间设置第一有机活性层，所述第一有机活性层的材质为TFB：PC₇₁BM的混合薄膜，厚度范围为20～120nm；在钙钛矿活性层、电子传输层之间设置第二有机活性层，所述第二有机活性层的材质为PCE‑10:BT‑CIC混合薄膜，厚度范围为50～150nm。这样的设置使得整个太阳能电池器件的吸收波段能覆盖从紫外到近红外的全部波段，从而提升了器件的短路电流。且具有较高的载流子迁移率，修饰了钙钛矿和缓冲层之间的界面接触，减少载流子的复合几率，提升器件的填充因子，最终增加了器件的光电转换效率。

技术领域

本发明涉及半导体薄膜太阳能电池领域，具体涉及一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池。

背景技术

随着世界经济的发展，能源消耗、环境污染等问题日益成为世界各国关注的首要问题，传统化石能源随着人们的不断开发已经趋于枯竭的边缘。而且，由于大量过度使用这些能源所造成的环境污染问题也日益严重，每年排放的二氧化碳达210万吨，并呈上升趋势，二氧化碳的过度排放是造成全球气候变暖的罪魁祸首；空气中大量二氧化碳、粉尘含量已严重影响人们的身体健康和人类赖以生存的自然环境。正是因为这些问题的存在，人们需要一种储量丰富的洁净能源来代替石油等传统化石能源。而太阳能作为一种可再生能源正符合这一要求。太阳能每秒钟到达地面的能量高达80万千瓦，若把地球表面0.1％的太阳能转为电能，转变率5％，每年发电量就可达5.6×10¹²千瓦/小时。而我国太阳能资源非常丰富，理论储量达每年1700亿吨标准煤，太阳能资源开发利用的前景非常广阔。在太阳能的有效利用中，太阳能光电利用是近些年来发展最快，最具活力的研究领域，是其中最受瞩目的项目之一。太阳能电池的研制和开发日益得到重视。

太阳能电池是将光能转换为电能的光伏器件，目前应用最广泛的是硅太阳能电池，但是其制作工艺复杂、成本较高等缺陷限制了硅太阳能电池的发展。相对硅基太阳能电池来说，新一代的有机和钙钛矿太阳能电池具有质量轻、成本低、可弯曲、制作工艺简单、材料来源广泛等优势，使有机和钙钛矿太阳能电池受到越来越多的关注。目前影响这两种新型太阳能电池大范围市场化的主要原因还是其光电转换效率尚低，不足以满足大范围市场化的需求，且从长远来看，随着太阳能电池制造技术的改进以及新的光－电转换装置的发明，各国对环境的保护和对再生清洁能源的巨大需求，太阳能电池仍将是利用太阳辐射能比较切实可行的方法，可为人类未来大规模地利用太阳能开辟广阔的前景。因此，研究有机和钙钛矿太阳能电池工作机理、如何提高太阳能电池器件效率对解决能源危机、环境污染等问题具有重大意义。

然而，目前主流的钙钛矿太阳能电池虽然其光电转换效率较高，但是其吸收波段主要集中在可见光区域，而太阳光中的紫外及近红外的能量无法有效地利用。同时，钙钛矿活性层和两侧的缓冲层之间接触界面质量较差，这会导致较高的载流子复合几率，进而影响器件的短路电流和填充因子。上述缺点导致了钙钛矿电池距离其商业化和实用化还尚需时日。因此，通过寻找能级和迁移率合适的有机材料体系作为紫外和近红外活性层制备在钙钛矿层的两侧，在拓宽吸收光谱的同时改善钙钛矿和缓冲层之间的接触界面质量，成为一个非常有潜力的研究方向。

发明内容

本发明提供一种基于全光谱吸收的有机钙钛矿有机结合太阳能电池，以解决现有钙钛矿太阳能电池无法有效地利用太阳光中的紫外及近红外的能量的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：