[发明专利]钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料及其制备方法和应用。该空穴传输材料组合物中包括无机空穴传输材料和稀有金属元素，无机空穴传输材料中的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。本发明的钙钛矿太阳能电池的空穴传输层是由上述钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物制备而成的。该钙钛矿太阳能电池的稳定性好且转化效率高。

技术领域

本发明涉及一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输层的材料，属于太阳能电池材料技术领域。

背景技术

太阳能电池可以直接将光能转换为电能。目前市场上光伏发电的主要产品的组成是硅晶体或者碲化镉，砷化镓之类的化合物晶体。但是上述这些光伏材料的制备很复杂，且能耗巨大，在一定程度上限制了光伏产业的发展。作为第三代太阳能电池的代表，钙钛矿太阳能电池的转换效率在短短几年，由最初的3.8％到目前的超过了23％，这让光伏产业看到了发展钙钛矿太阳能电池的巨大潜力。

为了进一步提升钙钛矿太阳能电池的效率，需要对钙钛矿太阳能电池的吸光层，载流子传输层进行优化。无机空穴传输材料虽然相比较Spiro-OMeTAD空穴传输材料，制备的钙钛矿太阳能电池的效率要低，但是其稳定性，价格要优于Spiro-OMeTAD等有机空穴传输材料。因此，实现用无机材料空穴传输层来制备高效率高稳定性钙钛矿太阳能电池，对其产业化有重要意义。

但是传统的无机空穴传输层材料制备的钙钛矿电池开路电压和填充因子不够高，这主要是由于其本身能带结构与钙钛矿能带结构不够匹配，以及载流子传输效率过低引起的。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种开路电压和转化效率较高的钙钛矿太阳能电池。

为了实现上述技术目的，本发明首先提供了一种钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物，该空穴传输材料组合物中包括无机空穴传输材料和稀有金属元素，其中，无机空穴传输材料中的金属元素与稀有金属元素的摩尔比为N:1(20≤N≤100000)。

本发明的钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物通过在无机空穴传输材料中引入特定比例的稀有金属元素离子，使稀有金属元素离子取代无机空穴传输材料中的金属离子或填充到无机空穴传输材料的晶格中，以使无机空穴传输材料中的空穴的浓度提升。无机空穴材料中的稀有金属元素离子不仅可以使无机空穴传输材料的价带顶下降，使空穴传输材料的能带与钙钛矿的能带匹配性更好，还可以提高钙钛矿薄膜在空穴传输层上面的覆盖。基于本发明的空穴传输材料组合物制备的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率提升10％以上。

在本发明的一具体实施方式中，采用的稀有金属元素为铍、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、镓、铟、铊、锗、铼、锡、砷中的一种或两种以上的组合。

在本发明的一具体实施方式中，采用的稀有金属元素来自含有铍、钛、锆、铪、钒、铌、钽、钼、钨、镓、铟、铊、锗、铼、锡、砷金属离子的化合物中的一种或两种以上的组合。

在本发明的一具体实施方式中，采用的稀有金属离子的价态为一价、二价、三价、四价中的一种或两种以上的组合。

在本发明的一具体实施方式中，采用的稀有金属的化合物可以为稀有金属的卤化物、硫化物、氮化物、氧化物、磷化物(以磷元素为中心的阴离子，包括但不限于磷酸化物)、硫氰化物、醋酸盐中的一种或两种以上组合。

在本发明的一具体实施方式中，采用的无机空穴传输材料为氧化镍、CuI、Cu₂O、CuSCN中的一种或两种以上的组合。

本发明还提供了利用上述钙钛矿太阳能电池的空穴传输材料组合物制备钙钛矿太阳能电池的空穴传输层前驱液的方法，该方法包括以下步骤：

将无机空穴传输材料的溶液与含有稀有金属离子的溶液混合，55℃-85℃下搅拌12小时以上，得到钙钛矿太阳能电池的空穴传输层前驱液。