[发明专利]基于导电聚合物的半透明有机无机杂化钙钛矿太阳能电池

说明书

一种基于导电聚合物的半透明有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，定义导电衬底为最下层时，从下到上依次包括：导电衬底层；二氧化锡电子传输层；有机无机杂化钙钛矿吸光层；导电聚合物改性空穴传输层；对电极。本发明提出一种新型的半透明钙钛矿太阳能电池结构，通过对空穴传输层进行适量聚合物的掺杂，利用聚合物与空穴传输层中的小分子添加剂分子间的相互作用，提高了器件的环境稳定性；另外还能改善空穴传输层薄膜质量，提升空穴传输材料的氧化程度，减少薄膜中的缺陷态，提高空穴传输层的导电性，同时能减少金属对电极的厚度，降低器件制备成本，构建半透明钙钛矿型器件以达到双面光响应的效果。

技术领域

本发明涉及一种半透明钙钛矿太阳能电池，具体涉及一种半透明有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。

背景技术

半透明钙钛矿太阳能电池（ST-PSCs）可将太阳能从正面和背面同时转化为电能，通过收集周围环境的反照辐射率输出功率可以超过50%。随着半透明钙钛矿太阳能电池的发展，它的应用领域越来越广泛，尤其在串联太阳能电池、建筑光伏一体化 (BIPV) 和可穿戴电子产品等领域。在实际生产中，半透明钙钛矿太阳能电池的成本和稳定性就显得尤为重要。然而，由于半透明太阳能电池需要综合考虑在光电转换效率和整个器件的透明度，换言之需要权衡把握平均可见光透明度 (AVT) 和光电转换效率的关系。半透明器件受限于透明度，相较于不透明的器件的光电转换效率目前已达到25.8%，半透明器件的效率还远远达不到这个程度。对于半透明器件，关键在于使用高透明的导电电极取代钙钛矿中不透明的电极，这就允许太阳光同时从正面和背面照射，以传输能量低于钙钛矿带隙的光子。早期有一些工作围绕半透明器件薄对电极的优化展开，例如Au，Ag纳米线，PEDOT：PSS，石墨烯，碳纳米管，网状金属，ITO/FTO，IZO已经被证实可以作为半透明器件的透明接触电极，主要是在提升光电转换效率，但是半透明钙钛矿太阳能电池的环境稳定性仍存在巨大的挑战。

半透明钙钛矿太阳能电池的稳定性是其商业化的主要障碍，因此引起了很多研究人员的关注。常用稳定PSCs的手段有比如用一些稀有金属元素（Rb和Cs等）取代甲胺离子可以改善器件的热稳定性，还可以通过用稳定的无机小分子（NiO，CuI等）取代常用的有机小分子空穴传输材料。另外针对因内外部因素造成钙钛矿层的分解以及器件的不稳定性的研究还有很多，还有研究表明Au作为顶部对电极时，有利于器件的稳定性。以上这些方法几乎都是基于不透明的PSCs，鲜有研究报道ST-PSCs。

提高ST-PSCs的稳定性对于ST-PSCs的实际应用十分必要。钙钛矿太阳能电池的退化主要归因于外在的环境和自身的制备过程，具体包括1）因湿度、氧气，紫外光引起的杂化钙钛矿材料的降解；2）因空穴传输层的添加剂LiTFSI和tBP导致的与钙钛矿层之间不可逆的界面反应；3）从对电极到空穴传输层的金属迁移，因此由内在离子迁移引发器件的降解对器件的稳定性造成了很大的威胁。

因为本身的电导率比较低，常用的空穴传输层中的主要成分含有LiTFSI和tBP，其中LiTFSI的作用是提高空穴传输层的电导率，tBP是防止其团聚，而LiTFSI极易吸水，tBP会溶解钙钛矿材料，在器件储存的过程中还可能形成配位的络合物PbI₂-t-BP，引发钙钛矿层和器件不稳定。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种稳定性好的基于导电聚合物的半透明有机无机杂化钙钛矿太阳能电池。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于导电聚合物的半透明有机无机杂化钙钛矿太阳能电池，定义导电衬底为最下层时，从下到上依次包括：导电衬底层；二氧化锡电子传输层；有机无机杂化钙钛矿CH₃NH₃BX₃吸光层，其中B为Pb、Sn、In或Ge，X为I、Br或Cl中的一种或两种以上；以导电聚合物和空穴传输材料为原料，制成的导电聚合物改性空穴传输层；对电极。

优选地，所述导电衬底层为透明ITO导电玻璃。