[发明专利]一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池及其制备方法，该太阳能电池包括自下而上依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，其中，空穴传输层上设有蛾眼结构，蛾眼结构位于空穴传输层与钙钛矿光吸收层之间，蛾眼结构的两顶点平均间距与蛾眼结构的平均高度比值为8～15，蛾眼结构的平均高度占空穴传输层总厚度的比值为0.1～0.5，空穴传输层的电阻率小于5000Ωcm。与现有技术相比，本发明通过在空穴传输层上设置具有限定尺寸的蛾眼结构，能够减缓空穴传输层与钙钛矿光吸收层界面折射率的突变，降低界面反射，提高入射光的吸收，从而提升太阳能电池的光电转换率。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池技术领域，尤其是涉及一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着能源和环境问题的日趋严峻，清洁、高效的可再生能源越来越受到人们的瞩目。有机-无机杂化钙钛矿材料在2009年被尝试应用于光伏发电领域后，因为其性能优异、并具有低成本制造的潜力，成为下一代太阳能电池研究的热点。

目前的钙钛矿太阳能电池结构如图1所示：通过在玻璃衬底上形成透明导电层，并在透明导电层1上依次形成空穴传输层2、钙钛矿光吸收层3、电子传输层 4、空穴阻挡层5和金属电极6。其中的空穴传输层通常为PEDOT：PSS层，具体是一种通过旋涂后烘干方法制备得到的平面结构，其他可以用作空穴传输层的材料还包括CuSCN、PVK、CuI等。然而，在应用上述钙钛矿太阳能电池时，由于空穴传输层与钙钛矿材料的折射率数值差距较大(比如PEDOT：PSS与钙钛矿材料 MAPbI₃在550nm处折射率的差别在0.4以上)，根据菲涅尔理论，这中折射率差异将会导致入射光在空穴传输层与钙钛矿光吸收层的界面发生反射，使得钙钛矿光吸收层中的入射光吸收不够充分，进而影响整个太阳能电池的光电转换率。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池及其制备方法，以降低入射光在空穴传输层与钙钛矿光吸收层界面发生的反射，提高钙钛矿光吸收层中的入射光吸收、提升太阳能电池的光电转换率。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池，包括自下而上依次设置的透明导电层、空穴传输层、钙钛矿光吸收层、电子传输层、空穴阻挡层和金属电极，所述空穴传输层上设有蛾眼结构，所述蛾眼结构位于空穴传输层与钙钛矿光吸收层之间，所述蛾眼结构的两顶点平均间距与蛾眼结构的平均高度比值为8～15，所述蛾眼结构的平均高度占空穴传输层总厚度的比值为0.1～0.5，所述空穴传输层的电阻率小于5000Ωcm。

进一步地，所述蛾眼结构的两顶点平均间距为200～460nm，所述蛾眼结构的平均高度为10～50nm。

进一步地，所述空穴传输层的厚度为50～200nm。

进一步地，所述透明导电层采用叠层结构，所述空穴传输层与透明导电层在500nm波长处的透光率为20％～85％、在700nm波长处的透光率为35％～85％。

进一步地，所述电子传输层的厚度为5～50nm。

进一步地，所述空穴阻挡层的厚度为1～20nm。

进一步地，所述金属电极的厚度为50～1000nm。

一种具有蛾眼结构空穴传输层的太阳能电池制备方法，包括以下步骤：

S1、制备蛾眼结构软模板：

选用Si、SiO₂、石英、SiC、铜、金或铂材料加工制作母版；

将PFPE与3wt％的光引发剂混合后滴到母版上，用紫外灯进行固化，然后从母版移出具有凹凸结构的PFPE软模板，即得到蛾眼结构软模板；

S2、制备蛾眼结构空穴传输层：