[发明专利]一种高效互联层及其双结钙钛矿/有机叠层太阳能电池

说明书

本发明公开了一种高效互联层及其双结钙钛矿/有机叠层太阳能电池，所述互联层为基于共轭聚合物空穴传输材料的多层平面结构，所述互联层为由下至上依次为共轭聚合物空穴传输材料层、金属氧化物空穴传输材料层、导电电极层和共轭聚合物电子传输材料层；所述电池从下自上依次为：透明衬底、透明导电基底、电子传输层、钙钛矿光活性层、上述互联层、有机光活性层、空穴传输层和阳极电极。基于互联层具有高的透过率和准欧姆接触特性，能同时提升器件的短路电流，开路电压和填充因子，这些都有助于提升钙钛矿/有机叠层太阳能电池的能量转化效率。

技术领域

本发明涉及溶液法制备的叠层太阳能电池技术领域，具体涉及一种高效互联层及其双结钙钛矿/有机叠层太阳能电池。

背景技术

溶液法制备的太阳能电池的能量转化效率早已迈过商业化门槛，为了进一步降低发电成本，需要将吸收互补的两种光活性材料相结合，制备成叠层太阳能电池，以降低透过损失和载流子热化损失，突破单节太阳能电池的Shockley-Queisser理论极限。目前高效率的叠层器件通常使用硅/钙钛矿或铜铟镓硒/钙钛矿结构，该结构中硅和铜铟镓硒的生产过程属于能量密集型，而且原材料较为昂贵。因此使用溶液法制备的钙钛矿和有机太阳能电池在成本上具有天然的优势，且在两者的制备过程中使用的是正交溶剂，不存在后电池的沉积对前电池造成腐蚀，优于全钙钛矿或者全有机叠层太阳能电池。此外，钙钛矿和有机活性层可以通过组分调节或者供受体材料来控制带隙，以使两者的吸收光谱互相匹配，并最大化能量转化效率。溶液法制备的钙钛矿/有机叠层太阳能电池的能量转化效率相对较低，除了受限于有机材料的能量损失外，还受到互联层性质的影响。

因此，在钙钛矿/有机叠层器件中引入透过率高、迁移率匹配以及欧姆接触的互联层，能显著提升光活性层产生载流子数量以及降低复合损失，提高能量转化效率。

无机钙钛矿CsPbI₂Br和有机异质结PM6:Y6-BO能分别吸收太阳光中高能和低能光子，可用于制备高效的叠层太阳能电池，类似结构的电池效率已经达到18％。但由于缺少高透过率和低复合损失的互联层，导致其最终的能量转化效率难以突破20％。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的不足，提供了一种高效互联层，本发明选用polyTPD、PBDB-T-Si和D18为高空穴迁移率的共轭聚合物材料，能制备高效率的单结无机CsPbI₂Br钙钛矿太阳能电池，其在单结电池中的欧姆接触特性均有助于得到高效率的钙钛矿/有机叠层太阳能电池，基于这三种空穴传输材料的互联层能有效降低钙钛矿和有机光活性层间的电荷复合，提升载流子利用率。该互联层的四层选用的共轭聚合物空穴传输材料均无需掺杂且具有疏水特性，能减少钙钛矿层受到水分侵蚀的可能性，提升器件的稳定性。

本发明第二目的在于克服现有技术的不足，提供了一种双结钙钛矿/有机叠层太阳能电池，该电池在光谱匹配的无机钙钛矿CsPbI₂Br和有机异质结PM6:Y6-BO叠层体系中引入基于共轭聚合物空穴传输材料的互联层，通过维持较高的透过率和降低复合损失，显著提高器件的整体效率，并延长在不同环境下的使用寿命。

为实现上述目的，本发明所设计一种高效互联层，所述互联层为基于共轭聚合物空穴传输材料的多层平面结构，所述互联层为由下至上依次为共轭聚合物空穴传输材料层、金属氧化物空穴传输材料层、导电电极层和共轭聚合物电子传输材料层。

进一步地，所述互联层的厚度为30～150nm。

再进一步地，所述共轭聚合物空穴传输材料层的厚度为10～50nm，其材料为polyTPD、PBDB-T-Si和D18中任意一种；

所述金属氧化物空穴传输材料层的厚度为5～20nm，其材料为MoO₃；

所述电极层的厚度为0.5～8nm，其材料为Ag；