[发明专利]多孔钙钛矿薄膜、碳浆料与基于碳电极的太阳能电池

说明书

本发明涉及多孔钙钛矿薄膜、碳浆料与基于碳电极的太阳能电池，所述钙钛矿薄膜的化学式为ABX₃，其中A为至少一种一价阳离子，优选为CH₃NH₃⁺、NH₂‑CH=NH₂⁺、Cs⁺、Li⁺、C₄H₉NH₃⁺、CH₆N₃⁺、Na⁺、K⁺中的至少一种或混合离子，B=Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Cu²⁺、和Ni²⁺中的至少一种，X为Cl^‑、Br^‑、I^‑、SCN^‑、BF₄^‑中的至少一种；所述钙钛矿薄膜具有多孔结构。

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，尤其涉及一种太阳能电池用薄膜及其制备方法，更具体而言，涉及一种形貌可控钙钛矿薄膜与相应的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

随着人类社会的发展，对于能源的需求与日俱增。太阳能作为一种清洁、无污染的能源，受到国内外的广泛关注与深入研究。基于钙钛矿薄膜的太阳能电池是近年发展起来的一类新型太阳能电池，其优点十分突出：1、有机-无机杂化钙钛矿材料制备工艺简单、成本较低；2、具有较为适宜的带隙宽度(1.5～2.3eV)，光吸收范围较大；3、电荷扩散长度高达微米级，电荷寿命较长等。4、可制成半透明电池或柔性电池，易于与其它器件集成，应用场景大大拓宽。因此，钙钛矿太阳能电池及相关材料已成为光伏领域的一个重要研究方向，目前获得了22.1％的认证光电转换效率，应用前景广阔。

钙钛矿ABX₃薄膜制备方法对其结构、形貌、电荷迁移率、电子寿命及光电转换性能影响较大。目前普遍的观点认为钙钛矿薄膜表面平整、致密是获得高质量钙钛矿薄膜的关键，文献中报道的钙钛矿薄膜的制备方法有一步溶液法、两步溶液法、气相沉积法和气相辅助溶液法等。上述方法都存在着一定的不足：对于一步溶液法，制备过程虽然比较简单，但是所得薄膜表面较为粗糙、针孔状缺陷较多，易造成薄膜中电荷的复合，严重影响了薄膜性能；两步溶液法对溶剂的含水量、含氧量都有着较高的要求，不利于大规模制备杂化钙钛矿薄膜；气相沉积法对设备的要求较高，该方法成本较高；气相辅助溶液法也会在薄膜表面产生缺陷，增大了电子空穴复合的概率，降低了薄膜光电性能。因此，获得表面平整、致密的钙钛矿薄膜增加了薄膜制备工艺的难度，并不利于器件的大面积化制备及工业化生产。如果薄膜制备过程中的缺陷很容易导致电池效率的下降，也会使得电池批量生产的成品率大大降低。因此，设计新的电池结构是解决这一问题的有效方法，例如CN103441217A和CN105576135A公开了一种采用钙钛矿类纳米晶体作为活性吸光材料的电池结构，该结构不需要表面平整的一层钙钛矿薄膜，但是该结构中钙钛矿类纳米晶体填充于整个电池的介孔活性层中，包括介孔空穴收集层、介孔绝缘层、介孔纳米晶层的纳米孔中，钙钛矿材料在整个电池器件中的用量是非常大的，特别是对于含铅的钙钛矿材料，这么大的铅用量所造成的环境问题不可忽视，限制了其产业化应用。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中钙钛矿薄膜制备方法易出现表面粗糙不平整、缺陷较多而影响电池性能以及介观电池结构中钙钛矿材料用量太大的问题，提出了一种新的基于多孔钙钛矿薄膜的电池结构及其实现方法，该电池结构不需要钙钛矿薄膜致密且表面平整即可获得高性能，并且该多孔钙钛矿薄膜的制备方法简单、可重现性高，该钙钛矿电池的制造方法更加简单，不需要独立的空穴传输层，不需要昂贵的贵金属电极及高真空镀膜工艺，在不高于120℃的温度下即可完成整个电池的制备过程，也适用于在柔性衬底上制备可弯曲电池。