[发明专利]一种以碳纳米点界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池领域，具体涉及一种以碳纳米点界面修饰的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

全球气候变化已经成为人类面临的共同挑战，开发和利用可再生的清洁能源显得日益迫切。太阳能电池利用清洁且可再生的太阳能源，将太阳能转换成电能。在实际应用中，硅基太阳能电池由于成熟的工艺得到了广泛的应用，占据市场的主导地位。但是由于硅基太阳能电池制备的高能耗和高成本，开发低成本和高效率的新型太阳能电池引起人们的广泛研究兴趣。

钙钛矿太阳能电池利用有机金属卤化物半导体作为光吸收材料，因其具有钙钛矿的结构ABX₃而得名，其中A是一价有机或无机阳离子(CH₃NH₃⁺,HC(NH₂)₂⁺,Cs⁺)，B是二价金属离子(Pb²⁺，Sn²⁺，Ge²⁺)，X是卤素阴离子(I^-,Br^-,Cl^-)。钙钛矿材料MAPbX₃(MA＝CH₃NH₃⁺，X＝I^-or Br^-)最初是作为染料敏化太阳能电池(DSSC)的敏化剂，由于其在液体电解质中不稳定性，在2009年只得到3.8％的光电转换效率。以有机金属卤化物为结构特点的钙钛矿材料具有优异的光吸收和载流子传输性能，到2016年太阳能转换效率已经超过20％，这使得其接近晶体硅太阳能电池和传统的碲化镉(CdTe)和铜铟镓锡(CIGS)薄膜太阳能电池的效率，其优异的性能和低廉的制备成本优势，已经引起了世界范围的广泛关注和研究兴趣，迅速成为极具市场潜力的新型太阳能电池。

钙钛矿太阳能电池光电转换效率的提升不仅取决于光的吸收能力，还取决于载流子在钙钛矿结构中的传输速率。电荷分离产生的自由电子和空穴必须迅速传输到对应的电极之后才能产生光电流，电荷收集效率会受到界面复合损耗以及缺陷捕获的影响。如果要在界面复合以及缺陷捕获之前到达电极,就需要载流子具有较高的传输速率。在钙钛矿太阳能电池器件中，钙钛矿光吸收层与电子传输层、空穴传输层的界面处，存在大量界面缺陷。

因此，提高太阳能电池性能的关键因素之一在于如何大幅度减小缺陷密度，提高载流子的传输速率。除了对钙钛矿太阳能电池每一层材料单独进行改进之外，不同功能层之间的界面修饰和调控显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种以碳纳米点界面修饰的钙钛矿太阳能电池，其提高了界面载流子传输速率，减少复合几率，有效提高钙钛矿太阳能电池的光电转换效率。

本发明的另一个目的是提供上述太阳能电池的制备方法。

本发明的目的是这样实现的：一种以碳纳米点界面修饰的钙钛矿太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池结构依次为：基底、透明导电电极、电子传输层、碳纳米点层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层和金属电极。

所述的碳纳米点层中，碳纳米点材料尺寸为5纳米至15纳米之间。

所述的基底为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇脂或聚醚砜树脂制成的柔性基底，或者，为玻璃制成的刚性基底。

所述的透明导电电极为氧化铟锡ITO、掺氟氧化锡FTO或掺铝氧化锌AZO。

所述的电子传输层为氧化钛、氧化锌或石墨烯，厚度为5纳米至100纳米之间。

所述的钙钛矿光吸收层是具有钙钛矿通式结构ABX₃的材料，其中A是一价有机或无机阳离子，B是二价金属离子，X是卤素阴离子，厚度为200纳米至500纳米之间。

所述的空穴传输层采用空穴传输层Spiro-OMeTAD(2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，厚度为5纳米至150纳米之间。

所述的金属电极为金、银或铝金属，厚度为50纳米至200纳米之间。

上述以碳纳米点界面修饰的钙钛矿太阳能电池的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在溅射有透明导电电极的基底上，依次旋涂电子传输层、碳纳米点层、钙钛矿光吸收层、空穴传输层，最后热蒸镀金属电极。