[发明专利]一种基于p型铜铁矿结构半导体材料的平面结构钙钛矿太阳能电池及其制备

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，涉及太阳能电池结构及其制备方法，具体涉及p型铜铁矿结构的ADO₂型半导体材料作为空穴传输层的平面结构钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，具有独特的优势和巨大的开发潜力。太阳能的大规模开发利用对于建立合理的绿色能源结构和实现最大限度节能减排目标都具有十分重大的意义。目前市场化比较成熟的光伏技术包括第一代的硅基半导体太阳能电池和第二代CIGS、CdTe等多元化合物薄膜太阳能电池，尽管每年以30％的速度高速增长，但其总装机发电量仍不足全球总能耗的1％。另外，硅基半导体太阳能电池的材料具有成本高、工艺复杂和高能耗等缺陷，而多元化合物薄膜太阳能电池则也存在原材料受限和污染严重等问题。可见，寻找新一代更廉价、更高效的清洁光伏技术是太阳能利用的一个永恒命题。钙钛矿太阳能电池技术应运而生，虽然发展时间很短，但其效率记录出现爆炸式增长。目前韩国KRICT小组报道的钙钛矿太阳能电池效率已经达到20.1％，远远超过其他类型的新概念太阳能电池，几乎与发展数十年的CIGS等薄膜太阳能电池效率相当，而且未来仍会有很大的提升空间。此外，有机无机杂化的钙钛矿材料MXZ₃(M＝CH₃NH₃⁺，CH₃CH₂NH₃⁺，NH₂-CH＝NH₂⁺，Cs⁺等；X＝Pb²⁺，Sn²⁺，Ge²⁺等；Z＝Cl^－－，Br^－－，I^－－等)具有原料丰富、成本低廉、光电性能优越、可溶液加工和低温制备(<150℃)等优势，使得钙钛矿太阳能电池的制造成本有望达到目前硅基半导体太阳能电池的1/3～1/5。显著的转换效率和巨大的成本优势有望推动钙钛矿太阳能电池在未来跨过商业化门槛，分享乃至颠覆未来的光伏市场。

发明内容

本发明的目的在于提供基于p型铜铁矿结构的ADO₂型半导体材料作为空穴传输层的平面结构钙钛矿太阳能电池及其制备方法，该基于p型铜铁矿结构的ADO₂型半导体材料具有优良的空穴传输性能、光透性能和化学稳定性，存在很大的商业开发潜力。

针对现有技术中存在的问题，本发明提供如下技术方案：

一种平面结构钙钛矿太阳能电池，其包括空穴传输层和光捕获层；所述光捕获层由MXZ₃型钙钛矿材料形成，其中，M选自Cs⁺、CH₃NH₃⁺、CH₃CH₂NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺或其混合物，X选自Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺或其混合物，Z选自Cl^-、Br^-、I^-或其混合物；所述空穴传输层由p型铜铁矿结构的掺杂或未掺杂的ADO₂型半导体材料形成，其中，A选自Cu或Ag，D选自Cr、Ga、Sc、In、Y或Fe中的一种或多种，掺杂元素选自Mg、Ca、Sr或Ga中的一种或两种。

进一步地，所述电池还包括电子传输层和金属电极。

进一步地，所述电池还包括衬底。

根据本发明的一种实施方式，所述电子传输层为有机电子传输层，所述衬底为透明导电玻璃衬底或柔性透明导电膜衬底，所述电池还包括界面修饰层。

进一步地，所述的太阳能电池自下而上包括透明导电玻璃衬底或柔性透明导电膜衬底、上述的空穴传输层、上述的光捕获层、有机电子传输层、界面修饰层和金属电极。