[发明专利]一种钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种钙钛矿太阳能电池，包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极，所述空穴传输层的材料为式I的花青类化合物，其中，R₁为烷基；R₂为氢、卤素、烷或芳基；R₃为氢、烷基、芳基或杂芳基；Ar为苯、萘、菲或杂芳基；Y为硫、氧或烷基取代或未取代的亚甲基；n为0‑3的整数，当n为0时，表示R₂所在的碳原子和相邻碳原子没有形成环；当n为1‑3的整数时，表示形成四元、五元或六元饱和或不饱和环；X为阴离子。

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。

背景技术

钙钛矿太阳能电池是以有机-无机杂化钙钛矿材料为光吸收层的薄膜太阳能电池。由于有机-无机杂化钙钛矿材料具有光电转换效率高、成本低、制作简单等突出优点，在全世界范围内被广泛关注。短短几年时间里，钙钛矿电池的光电转换效率从2009年的3.8％达到目前的超过22％，已接近商业化硅基太阳能电池的效率。进一步降低生产成本和提高器件的长时间稳定性是钙钛矿太阳能电池大规模应用亟待解决的关键问题。

空穴传输层是钙钛矿太阳能电池必不可少的关键组成部分，对钙钛矿太阳能电池的转换效率有着重要的影响。因此，对空穴传输层材料的研究与改进成为开发高转化效率钙钛矿太阳能电池的重要领域与方向。

目前，钙钛矿太阳能电池普遍采用掺杂型空穴传输材料，例如有机小分子2,2’,7,7’-四(N,N-二-p-甲氧基苯胺)-9,9’-螺二芴(spiro-OMeTAD)、聚(三芳胺)(PTAA)等，和导电聚合物聚(3,4-亚乙基二氧基噻吩)：聚(苯乙烯磺酸) (PEDOT:PSS)等。但是，掺杂型空穴传输材料的合成通常比较复杂，生产成本较高。而且，掺杂剂的引入影响器件的长时间稳定性。

因此，本领域努力寻找新的空穴传输材料来解决上述技术问题，以进一步提高钙钛矿太阳能电池的转化效率。其中，采用非掺杂的空穴传输材料替换目前普遍应用的掺杂型空穴传输材料，是提高钙钛矿太阳能电池的长期稳定性和降低材料成本的有效途径。

目前，非掺杂型有机空穴传输材料主要使用与spiro-OMeTAD和PTAA 分子结构类似的芳胺类小分子或聚合物以及其它有机半导体材料。这些材料虽然能够作为非掺杂型空穴传输材料来提高钙钛矿太阳能电池的转换效率，但仍然面临合成复杂，成本高昂等问题。因此，有必要开发廉价易得且性能优异的非掺杂型空穴传输材料。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池，包括衬底、透明导电层、电子传输层、钙钛矿吸收层、空穴传输层和背电极，该钙钛矿太阳能电池采用如下式I的花青类化合物作为空穴传输层的材料。采用本发明的花青类化合物作为钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料，能够提高钙钛矿太阳能电池的转换效率。而且，花青类化合物合成简单，成本低廉，易于大规模生产。

本发明所述的花青类化合物具有如下式I的结构：

其中：

R₁为烷基；

R₂为氢、卤素、烷基或芳基；

R₃为氢、烷基、芳基或杂芳基；

Ar为苯、萘、菲或杂芳基；

n为0-3的整数；当n为0时，表示R₂所在的碳原子和相邻碳原子没有形成环；当n为1-3的整数时，表示形成四元、五元或六元饱和或不饱和环；

Y为硫、氧或烷基取代或未取代的亚甲基；且