[发明专利]一种高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池及制备方法

说明书

本发明公开了一种高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池及制备方法，采用了倒置钙钛矿太阳能电池结构，分别用透明导电材料和银作为阳极和对电极，PCBM做电子传输层，用聚氧化乙烯修饰钙钛矿/电子传输层界面；本发明中所采用的聚氧化乙烯能有效增加钙钛矿与电子传输层界面之间的电子传输减小串联电阻增大钙钛矿太阳能电池的填充因子和电流流密度从而提高了其光电转换效率；整体器件效率较无修饰的钙钛矿电池有较明显的提升；该方法工艺简单、成本低廉、效果明显能广泛适用于不同类型的平面异质结钙钛矿太阳能电池中，能够大规模生应用。

技术领域

本发明属于薄膜太阳能电池技术领域，具体涉及一种高效稳定的平面异质结钙钛矿太阳能电池及制备方法。

背景技术

近年来随着资源能源日益枯竭环境问题愈发突出，其伴随的经济问题、政治问题和社会问题等已成为制约人类发展的重要因素。因此开发无污染的新型能源越来越受到人们的关注。太阳能作为一种储量巨大且清洁无污染的可再生能源有着巨大的开发潜力。因此人们开始聚焦能把太阳能转化为电能的太阳能电池。

经过多年的发展当前的太阳能电池大致可分为三类(硅太阳能电池；碲化镉太阳能电池、砷化镓太阳能电池、铜锌硒硫太阳能电池；新型薄膜太阳能电池)，传统太阳能电池制备过程的高成本、高能耗以及易破碎、高污染等问题一直是制约其进一步发展的重要因素(Energy Environ.Sci.,2016,9,3007-3035)，所以开发新型太阳能电池就显得尤为必要。

第三代新型薄膜太阳能电池兼具了成本低、重量轻等优点。其中钙钛矿太阳能电池发展最为迅速，其光电转换效率从2009年的3％左右(J.Am.Chem.Soc.,2009,131,6050–6051)增长到2017年的22.1％(Sci.,2017,356,1376-1379)用时不超过10年时间，并且有望在未来10年以内进一步接近甚至达到28％的理论值(J.Phys.Chem.Lett.,2013,4,3623-3630)。发展较早的钙钛矿太阳能电池一般被称为正置钙钛矿太阳能电池或传统钙钛矿太阳能电池，其结构较为复杂，内含的支架结构需要高温烧结才能获得，使得制备工艺变得复杂且无法兼容柔性衬底。为了克服正置钙钛矿太阳能电池的缺点，Jun Yuan Jeng等人于2013年第一次将倒置平面异质结结构引入钙钛矿太阳能电池(Adv.Mater.2013,25,3727-3732)并取得了成功，倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池凭借其低温可制备的优点完美兼容了卷对卷、丝网印刷等大面积制备手段为其商业化奠定了基础。

目前倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池还存在光电转换效率不够高，器件稳定性不够持久等问题，主要原因是钙钛矿在水分的作用下容易从晶界处衰减(EnergyEnviron.Sci.,2017,10,516-522)，其次倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池所采用的电子传输层一般为富勒烯衍生物PCBM(J.Mater.Chem.A,2016,4,8554；Adv.Mater.2014,26,6503-6509；ACSAppl.Mater.Interfaces 2017,9,43902-43909)，其球形分子结构导致了易团聚、成膜差等问题(OrganicElectronics 2015,24,101-105)会进一步影响到器件性能及稳定性的提升。因此大家提出了许多钝化钙钛矿晶界(Adv.Mater.,2016,28,6734-6739；Energy Environ.Sci.,2017,10,1792-1800)和改善PCBM成膜性(Org.Electron.,2015,24,101-105.)的方案，以此来提高倒置平面异质结钙钛矿太阳能电池的性能并取得了一些初步成果。