[发明专利]一种量子点太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种量子点太阳能电池及其制备方法。器件包括玻璃基底，阴极，电子传输层，量子点吸光层，空穴传输层和阳极；其量子点吸光层为立方相钙钛矿结构的CsPbI₃薄膜，CsPbI₃量子点的尺寸为1～20纳米，薄膜厚度为20～800纳米；空穴传输层为有机共轭聚合物薄膜，如P3HT、PTB7、PTB7‑Th等，薄膜厚度为10～200纳米。本发明利用有机共轭聚合物作为空穴传输材料，具有优异的空穴传输能力，无需掺杂；同时，有机共轭聚合物薄膜由于其本身的化学结构具有很强的抗水能力，提高了量子点太阳能电池的光电转换效率和空气稳定性。本发明提供的量子点太阳能电池具有制备工艺简单、可重复性高等特点。

技术领域

本发明涉及一种量子点太阳能电池及其制备方法，属于太阳能电池技术领域。

背景技术

有机——无机杂化钙钛矿材料凭借其众多优异的光电性质，例如：在可见光范围中较高的吸光系数、较低的激子结合能以及较长的载流子扩散长度（大于1微米）等，引起国内外研究人员的广泛关注和探索。基于此类材料的钙钛矿太阳能电池的光电转换效率在过去的几年内飞速飙升，至今已达22.7%。另外，钙钛矿太阳能电池具备溶液法制备的特点，可极大地降低生产成本，极具应用前景。

如今，高效的钙钛矿太阳能电池结构中吸光材料通常含有甲胺、甲脒有机阳离子或者两者混和，而基于此类有机阳离子的钙钛矿材料极易遭受水、氧、极性溶剂、紫外光以及高温等因素破坏而分解，从而大大降低了电池的寿命。相比于此类钙钛矿材料，纯无机型钙钛矿（如CsPbI₃）具有更好的稳定性。通常情况下，CsPbI₃薄膜在350摄氏度以上才能维持稳定的立方相（α-CsPbI₃），低于此温度易发生相转变，而室温下以正交相存在（δ- CsPbI₃），正交相的CsPbI₃的带隙为2.82 eV，无法作为合适的吸光材料。因此，探索一种能在较低温度下稳定维持立方相的方法尤为重要。

目前，将CsPbI₃制备成量子点成为室温下稳定维持立方相的最有效途径，凭借半导体量子点独特的光电性质，通过合理的尺寸调控、表面钝化及器件构筑，量子点电池的光电转换效率现已突破13%。然而，现今量子点电池的研究报道非常少，器件结构仍需要进一步合理设计；此外，较差的器件重复性使得该领域发展缓慢，极大的阻碍了它的发展和应用；另一方面，现今采用的spiro-OMeTAD作为空穴传输材料，需要掺杂及氧化，极大的降低了器件的稳定性和重复性。因此，设计新型的器件结构和制备工艺，以实现量子点重复性和稳定性的提高，是一项迫在眉睫的工作任务。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，利用有机共轭聚合物薄膜作为空穴传输层，提供一种高效稳定，工艺简单，成本低廉，重复性优异的量子点太阳能电池及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现：提供一种量子点太阳能电池，包括玻璃基底，阴极，电子传输层，量子点吸光层，空穴传输层和阳极；所述的量子点吸光层为立方相钙钛矿结构的CsPbI₃薄膜，CsPbI₃量子点的尺寸为1～20纳米，薄膜厚度为20～800纳米；所述的空穴传输层为有机共轭聚合物薄膜，薄膜厚度为10～200纳米；所述的有机共轭聚合物为P3HT、PTB7、PTB7-Th中的一种。

上述技术方案中，所述的电子传输层为二氧化钛或二氧化锡薄膜。

本发明技术方案还包括提供一种量子点太阳能电池的制备方法，步骤如下：

1．在阴极基底上制备电子传输层；

2．空气或氮气氛围中，在电子传输层上逐层旋涂浓度为5～90毫克每毫升的CsPbI₃量子点溶液，旋涂转速为500～8000转每分钟，形成厚度为20～800纳米的量子点薄膜，再用铅源溶液处理薄膜表面，退火处理后，得到吸光层；