[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池，包括电池本体，电池本体从下至上设有衬底、透明导电电极、致密层、介孔层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极层，在介孔层与钙钛矿活性层之间设有硅纳米粒子界面修饰层；或者所述电池本体从下至上设有衬底、透明导电电极、致密层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极层，在致密层与钙钛矿活性层之间设有一层硅纳米粒子界面修饰层；其中硅纳米粒子为硅单质的纳米粒子。本发明在不增加钙钛矿活性层厚度的前提下，提高钙钛矿活性层的光捕获能力及光电转换效率。与贵金属纳米粒子相比，硅纳米粒子不会吸收较多能量而导致电池内部升温剧烈，且稳定性更好，使钙钛矿太阳能电池的整体性能更优异。

技术领域

本发明涉及太阳能电池技术领域，尤其涉及一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着全球生态环境和能源短缺问题的日益严重，清洁可再生能源受到全世界的普遍重视，尤其是太阳能光伏技术。在现有的太阳能技术中，硅基太阳能电池技术是目前最为成熟的、也是市场占有率最高的，但是受制于高耗能、高污染的制备过程，使其并不能成为最理想的太阳能技术，开发低成本和高效率的新型太阳能电池引起人们的研究兴趣。

钙钛矿太阳能电池由于具有高效率、低成本及可卷对卷印刷地制备等优势，在光伏领域备受关注，其光电转换效率由最初的3.8％攀升到现在可与硅基电池比拟的23％以上；在光伏屋顶一体化、便携式电子器件电源及航空航天等应用领域有很大的潜力。但是为了推进钙钛矿电池的商业化及规模化生产，还有很多问题需要解决。

目前，为提高光电转换效率，最简单且有效的手段就是增加钙钛矿活性层的厚度，以增加光的吸收率。但是，由于载流子在内部的迁移或扩散等因素，增加厚度通常会导致光生载流子在内部的复合，因此限制了以增加活性层厚度来提高钙钛矿电池的效率。通常钙钛矿活性层的厚度在350nm左右，这个厚度不能充分地吸收太阳光。

鉴于此，研究人员需要找到一种方法，即在不增加其厚度的前提下，增加钙钛矿活性层的光捕获能力，即通过在钙钛矿活性层中掺入金属纳米粒子，特别是一些贵金属纳米粒子。金属纳米粒子表面会激发等离子共振，会增加光的吸收，从而导致激子产生率的增加，成为很多研究人员的选择应用金属界面修饰技术(ACS Appl.Mater.Interfaces 2017,9,15；Adv.Sci.2016,3,3)。但是，贵金属纳米粒子仍然具有显著的缺点，例如，它们自身会吸收一些能量，使电池内部升温剧烈、导致电池内部部分材料损坏；一些贵金属纳米粒子稳定性差，很容易发生反应而转变为非单质形态，这些缺点限制了金属纳米粒子在钙钛矿电池中的应用。

发明内容

(一)要解决的技术问题

针对钙钛矿电池活性层对光吸收不充分、效率低，而贵金属纳米粒子界面修饰存在的导致电池内部升温、自身容易发生反应等缺点；本发明提出一种设有硅纳米粒子界面修饰层的钙钛矿太阳能电池，借此可在不增加钙钛矿活性层厚度的前提下，提高钙钛矿活性层的光捕获能力及电池转换效率，同时还可避免贵金属纳米粒子界面修饰所带来的问题。

本发明还涉及该钙钛矿太阳能电池的制备方法。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种钙钛矿太阳能电池，其包括电池本体，其中：

所述电池本体从下至上设有衬底、透明导电电极、致密层、介孔层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极层；其中，在所述介孔层与所述钙钛矿活性层之间设有硅纳米粒子界面修饰层；或者：

所述电池本体从下至上设有衬底、透明导电电极、致密层、钙钛矿活性层、空穴传输层和金属电极层；其中，在所述致密层与所述钙钛矿活性层之间设有硅纳米粒子界面修饰层；

其中，所述硅纳米粒子为硅单质的纳米粒子。