[发明专利]一种基于有机材料混合掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于有机材料混合掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，涉及太阳能电池器件技术领域，为了解决传统非富勒烯掺杂剂钝化效果差、溶解性差的技术问题，本发明包括从下到上依次设置透明衬底，导电阳极，电子传输层，钙钛矿光活性层，空穴传输层，空穴阻挡层，金属阴极。所述钙钛矿活性层中掺杂一种新型的氯化非富勒烯掺杂剂，由于氯离子的钝化作用，能够有效增强钙钛矿的晶粒大小，进而有效地提高了钙钛矿太阳能电池的短路电流，开路电压以及填充因子，从而提升了器件光电转换效率。

技术领域

本发明涉及太阳能电池器件技术领域，更具体的是涉及基于有机材料混合掺杂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，能源问题已经成为了一个不容忽视的问题。传统的化石能源储量有限，且对环境不友好，寻找新的替代能源成为了首要任务。太阳能作为新兴能源中的一种，具有取之不尽，用之不竭，没有污染等优点，是其它能源不可比拟的；基于上述原因，如何利用太阳能成为了科研领域与工业领域共同关注的热点[1]。太阳能光伏(Photovoltaics，PV)技术，就是将太阳能直接转换为电能的技术，是当前面对能源危机最有前景的解决办法之一。而研究的关键在于制备高效率，低成本的太阳能光伏器件。目前，各种基于无机材料(硅基，III-V族半导体，碲化镉(CdTe)，铜铟镓硒(CIGS))的光伏器件依然主导着市场。然而，由于较高的制备成本以及相关的环境问题，传统的PV技术并不能成功地代替电网供电。目前来看，全球通过PV技术产生的能源只能占到能源总量的0.1％，太阳能PV领域依然是一片蓝海，新的技术亟待开发。

近年来，新一代的钙钛矿太阳能电池(Perovskite Solar Cell，PSC)，由于其原材料资源分布广泛、化学结构易修饰、化合物的制备提纯加工简便、器件具有良好的机械柔韧性、可以制成大面积的柔性薄膜器件、易于工业生产以及低成本的特点，成为目前PV领域研究的重点和热点、展现出了极大的潜力。

在钙钛矿太阳能电池中，金属卤化物钙钛矿是ABX3结构，其中A可为铷(Rb)，铯(Cs)，甲铵(MA)或甲脒(FA)；B可为锡(Sn)或铅(Pb)；X可为氯(Cl)，溴(Br)或碘(I)。这些钙钛矿可以通过多种技术进行处理(包括廉价的溶液法处理)。然而在钙钛矿薄膜的结晶过程中，由于不同组分容忍因子的不同，其在离子配位过程中不能完全配位，就会形成大量的阳离子以及阴离子空位。这些空位在器件中能够形成电子以及空穴陷阱，从而降低器件中载流子的传输效率，进而降低器件性能。而通过掺杂的方法来钝化活性层中的缺陷以及电子陷阱是提升钙钛矿太阳能电池效率的主要方法之一。而非富勒烯受体材料，同样也被广泛用于掺杂剂来钝化钙钛矿的缺陷。然而普通的非富勒烯受体材料，其仅仅只是通过路易斯酸或者路易斯碱基团对钙钛矿进行钝化，其钝化效果及其有限。同时，由于溶解性的问题，大部分非富勒烯材料无法进行高浓度掺杂，同样限制了其掺杂的效率。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决传统非富勒烯掺杂剂钝化效果差、溶解性差的技术问题，本发明提供一种基于新型氯化非富勒烯有机材料混合掺杂的钙钛矿太阳能电池及其制备方法，进而大幅提高器件的光电转换效率。

本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：

基于有机材料混合掺杂的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括从下到上依次设置的透明衬底、导电阳极、电子传输层、钙钛矿光活性层、空穴传输层以及金属阴极，所述钙钛矿光活性层采用掺杂新型氯化非富勒烯材料的MAPbI₃材料。

进一步地，所述透明衬底采用玻璃或透明聚合物构成；所述透明聚合物为聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚氨基甲酸酯、聚酰亚胺、氯醋树脂或聚丙烯酸中的一种或多种。

进一步地，所述导电阳极采用氧化铟锡(ITO)、石墨烯(Graphene)或碳纳米管(Carbon Nanotube)中的任意一种或多种的组合。

进一步地，所述电子传输层材料为SnO₂，电子传输层的厚度为20～30nm。