[发明专利]一种高稳定性钙钛矿太阳能电池

说明书

技术领域

本发明属于太阳能电池技术领域，具体涉及一种高稳定性钙钛矿太阳能电池。

背景技术

钙钛矿太阳电池光电转换效率在短短几年的研究效率如此迅速的提升，这在太阳能电池研究领域是没有先例的，已经引起了国内外学术界和工业界广泛关注和兴趣。这种新型太阳能电池是包括透明导电基底(透明基底上沉积导电层)，在该导电基底上形成的上半导体层(顶部电荷传输层)、钙钛矿光电转换层(中部钙钛矿光吸收层)、下半导体层(底部电荷传输层)和对电极层。钙钛矿太阳能电池的结构主要分为正式和反式两种。正式太阳能电池基本结构是TCO/电子传输层(如二氧化钛)/钙钛矿/空穴传输层(如Spiro-MeTAD)/金属电极(如Au)；反型钙钛矿电池基本结构是ITO或FTO/空穴传输层(如PEDOT:PSS)/钙钛矿/电子传输层(如PCBM)/金属电极(如Ag)。

相比于其他太阳能电池，钙钛矿薄膜太阳能电池具有以下优势：(1)较高的能量转换效率，现阶段其效率已经超过20％；(2)其核心光电转换材料具有廉价、可溶液制备的特点，便于采用不需要真空条件的技术制备，这为钙钛矿薄膜太阳能电池的大规模、低成本制造提供可能；(3)钙钛矿薄膜太阳能电池还可以制备在柔性衬底上，便于应用在各种柔性电子产品中，例如可穿戴的电子设备、折叠式军用帐篷等；(4)与染料敏化太阳电池相比，钙钛矿薄膜太阳能电池不需要液体电解质，不用担心太阳电池的漏液问题；(5)与有机光伏器件相比，钙钛矿薄膜太阳能电池的核心光电转换材料是有机-无机杂化材料，材料的耐候性可能会优于有机光伏器件中使用的有机半导体材料。

钙钛矿太阳能电池在电池效率、器件结构和制备方法上有了迅速进步和发展。但是现在报道的钙钛矿电池普遍存在稳定性差的问题，因此，这类太阳能电池产业化任重而道远。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高稳定性单节钙钛矿太阳能电池。

本发明的另一目的是提供一种包括上述高稳定性单节钙钛矿太阳能电池的钙钛矿太阳能电池模块。

为达到上述目的，本发明提供了一种高稳定性单节钙钛矿太阳能电池，其中，该单节钙钛矿太阳能电池包括基底、导电层、对电极层，以及设于所述导电层和对电极之间用于实现电子传输、光吸收和空穴传输功能的光生电单元；所述光生电单元包括底部电荷传输层、中部钙钛矿光吸收层和顶部电荷传输层；

所述顶部电荷传输层中分散有0.1wt％-5wt％的石墨烯或石墨烯衍生物的纳米级片状物(二维纳米材料)。

研究表明，一方面，钙钛矿太阳能电池的钙钛矿薄膜(如CH₃NH₃PbI₃，MAPbI₃)可以热分解为PbI₂和MA，以及HI，其中MA和HI可以从钙钛矿表面逸出，留下碘化物空位。在较高的温度下，碘化物会具有较高的能量，从而可以更快地从钙钛矿膜内扩散到表面空位。随着表面空位缺陷的增加，钙钛矿层内碘化物的运动和随之而来的恶化将会加速。因此，碘化物扩散的问题是导致钙钛矿太阳能电池稳定性差的重要因素。另一方面，由于水分子会与钙钛矿形成强烈的相互作用，造成钙钛矿的分解，因此，外部水分子的进入也是影响钙钛矿太阳能电池稳定性的重要方面。但是，在常规的钙钛矿太阳能电池中，顶部电荷传输层所使用的材料(例如，空穴传输层Spiro-OMeTAD或者电子传输层PCBM)很难抑制钙钛矿中碘离子的逃逸和外部水分子的进入，因此，要想提高稳定性，通常做法是提高顶部电荷传输层的厚度。但随之带来的问题是，随着顶部电荷传输层厚度的提高，电池性能尤其是填充因子下降，引起电池效率下降。这主要是由于顶部电荷传输层厚度越高，导电性下降，引起电池串联电阻下降导致的。