[发明专利]MXene的应用和含有MXene的钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明公开了一种MXene的应用和钙钛矿太阳能电池。所述MXene作为钙钛矿太阳能电池的电荷传输材料、电极材料、叠层电池中相邻钙钛矿吸光层之间的连接层材料中至少一种的应用。钙钛矿太阳能电池包括基底和与所述基底层叠结合的第一电极层，沿基底至所述第一电极层延伸的方向，在第一电极层表面还层叠结合有第一电荷传输功能层、钙钛矿吸光层、第二电荷传输功能层和第二电极层；叠层电池钙钛矿吸光层单元，钙钛矿吸光层单元包括至少两层钙钛矿吸光层，且在相邻两层钙钛矿吸光层之间还层叠结合有中间连接层。其中，第一电极层、第二电极层、第一电荷传输功能层、第二电荷传输功能层、中间连接层中的至少一层的材料含有MXene。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种MXene的应用和含有MXene的钙钛矿太阳能电池。

背景技术

钙钛矿太阳能电池(PSC)是一种以有机-无机卤化物钙钛矿为光吸收材料的新型太阳能电池，具有易于制作、成本低、效率高等优点，目前其最高转换效率已经达到22％以上，与铜铟镓硒(CIGS)、碲化镉(CdTe)和多晶硅等太阳能电池的最高效率相当，而远高于染料敏化和有机太阳能电池的最高效率，是目前作为一种得到最广泛研究的光伏技术之一，而且PSC由于钙钛矿材料本身的许多独特性能，例如高吸光系数、低激子结合能和优良的空穴和电子传导能力等，自2009年问世以来已经取得了相当大的进展。

PSC一般由透明电极、电子传输层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属背电极组成。与铜铟镓硒、碲化镉和多晶硅等太阳能电池相比，钙钛矿太阳能电池的一个显著优势是其光吸收层可以采用溶液化学法低温制备，如果电子传输层和空穴传输层等其它功能层也能低温(≤150℃)制备，那么这种电池将非常适合应用于柔性衬底，制作成柔性太阳能电池。

目前能量转化效率很高的PSC的电荷传输层均采用掺杂的或者价格高昂的有机物。例如掺杂的螺芴材料spiro-OMeTAD、掺杂的聚三苯胺材料PTAA作为空穴传输层；富勒烯衍生物PCBM、C60等作为电子传输层。这些电荷传输材料的使用，不仅会提高电池的制备成本、材料成本，也对电池在服役期间的长期稳定性带来挑战。此外，由于这些材料的能级水平是固定的，或者其调节范围十分有限，当与不同能级水平、带隙的钙钛矿层组合成PSC器件时，会带来非常明显的能量损失和器件性能提升难度。

此外，作为电极材料的ITO、FTO和金属材料Au等，其成本非常高，是整个PSC中成本最高的功能层。并且这些材料的功函数也是固定不变的，很难与各类界面材料的能级水平相匹配，从而造成巨大的能量损失，限制了PSC效率的提升。

目前使用石墨烯或者氧化石墨烯来代替电荷传输材料或者电极材料的工作已经有所报道，但是这些材料本身的能级水平难以调节，或者导电性不太理想，因此基于该类材料的PSC的器件效率都不太高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种MXene的应用和钙钛矿太阳能电池，以解决现有钙钛矿太阳能电池的光电转换效率不高但成本高的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明一方面，提供了MXene作为钙钛矿太阳能电池的电荷传输材料、电极材料、叠层电池中相邻钙钛矿吸光层之间的中间连接层材料中至少一种的应用。

本发明另一方面，提供了一种钙钛矿太阳能电池。所述钙钛矿太阳能电池包括基底和与所述基底层叠结合的第一电极层，沿所述基底至所述第一电极层延伸的方向，在所述第一电极层表面还层叠结合有第一电荷传输功能层、钙钛矿吸光层、第二电荷传输功能层和第二电极层；其特征在于：所述第一电极层、第二电极层、第一电荷传输功能层、第二电荷传输功能层中的至少一层的材料含有MXene；其中，所述MXene的功函数与所处层结构的能级或/和功函数相适配。