[实用新型]一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构

说明书

一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，属于太阳能电池技术领域。在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，接近电子传输层的钙钛矿层为一维导电材料嵌入型结构的钙钛矿层，在SWCNT嵌入型钙钛矿层与空穴传输层之间为未嵌入SWCNT型结构的钙钛矿层，未嵌入型的常规钙钛矿层相对于SWCNT嵌入型钙钛矿层厚度较薄。采用本实用新型的技术方案，其载流子迁移率可提高。

技术领域

本实用新型属于太阳能电池技术领域，涉及一种对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层(吸光层)的分层改造，从而提高其载流子迁移率，以提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率的方法。

背景技术

钙钛矿太阳能电池，作为新兴的第三代太阳能电池，以其诸多的优良特性，引起了广大科研工作者的研究热情，取得了一系列的成果，使得其商业化的可能性不断提升。如何提高器件的性能，是我们一直以来孜孜以求的目标。然而，以往的研究多集中于电子传输层、空穴传输层、钙钛矿吸光层能带调控以及界面修饰的研究，至于新的器件结构方面并无太多报道。而往往器件结构的变化，通常会大大提高其性能，所以合理的对钙钛矿太阳能电池结构进行改变，对于进一步提高其器件性能具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型通过对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层(吸光层)进行分层制备，并在分层结构中嵌入具有优良导电性的一维导电纳米材料(本例中采用单壁碳纳米管(SWCNT))，从而提高其载流子迁移率，进而提升器件性能。

一种钙钛矿太阳能电池吸光层分层结构，主要内容为：在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，接近电子传输层的钙钛矿层为一维导电纳米材料嵌入的钙钛矿层，以达到提高载流子传输速率，进而提升其光电转化效率的目的，故此层一般约占钙钛矿层总厚度的80％；在一维导电纳米材料嵌入的钙钛矿层与空穴传输层之间为未嵌入一维导电纳米材料的钙钛矿层，目的是防止碳纳米管的嵌入导致器件正负极短路，用以达到隔离效果，约占钙钛矿层总厚度的20％。未嵌入一维导电纳米材料型的常规钙钛矿层相对于一维导电纳米材料嵌入型钙钛矿层厚度较薄。

一维导电材料一维导电纳米材料嵌入型结构的钙钛矿层为一维导电纳米材料均匀分散嵌入到钙钛矿层中。未嵌入型的常规钙钛矿层为相对于一维导电纳米材料嵌入型结构的钙钛矿层而言钙钛矿层中没有嵌入一维导电纳米材料。

本实用新型原则上钙钛矿层中嵌入的一维导电纳米材料需符合尺寸要求。具体尺寸要求一般为：一维材料直径应远远小于钙钛矿层总厚度(一维材料直径小于等于10nm，钙钛矿层总厚度约为650nm)，以免影响钙钛矿层的结晶质量。本实用新型以单壁碳纳米管(SWCNT)为例，以下简称SWCNT，优选SWCNT的长度为300-600nm，优选嵌入的密度为1×10⁵―1×10¹⁰根/cm³(嵌入SWCNT钙钛矿层)。

本实用新型着重于通过对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的分层嵌入碳纳米管，以碳纳米管优良的导电性，加快钙钛矿层载流子的传输速率。此外，由于SWCNT在钙钛矿层不同晶粒之间的贯穿，可以一定程度上消除晶界对载流子的阻碍作用，以提高载流子迁移率，进而达到提高钙钛矿太阳能电池光电转化效率的目的。SWCNT嵌入型结构的钙钛矿层与未嵌入SWCNT型结构的钙钛矿层中的钙钛矿层成分一样。

以正式平面结构的钙钛矿太阳能电池为例：(1)在电子传输层和空穴传输层中间的钙钛矿层分为两层，两层厚度可调。靠近电子传输层的钙钛矿层为SWCNT嵌入层，用以达到提高载流子传输速率的效果，此层厚度占钙钛矿层总厚度的80％；(2)在SWCNT嵌入层上方形成未嵌入SWCNT的钙钛矿层，目的是防止SWCNT的嵌入导致器件电子、空穴传输层相连，用以达到隔离的效果，此层占钙钛矿层总厚度的20％。

通过对钙钛矿太阳能电池钙钛矿层的SWCNT分层嵌入，提高了载流子迁移率，可使最终光电转化效率提升约2％。

附图说明