[发明专利]一种高性能p-i-n型碳基钙钛矿太阳能电池

说明书

本发明提供了一种高性能p‑i‑n型碳基钙钛矿太阳能电池及其制备方法，包括电池本体，所述电池本体由透明电极、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层、致密氧化物层和碳电极依次堆叠而成。本发明增加一层致密的氧化物薄膜，从而抑制碳电极在制作过程中碳浆对电荷传输层的渗透，同时避免了碳电极与钙钛矿层接触导致的器件效率损失。同时致密氧化物层还起到封装钙钛矿的作用，抑制了钙钛矿的分解。

技术领域

本发明涉及光伏技术领域，尤其是涉及一种高性能p-i-n型碳基钙钛矿太阳能电池。

背景技术

光伏技术是人类获取清洁能源的一项重要技术分支。钙钛矿太阳能电池是一种新型的光伏器件，其效率已经超过23％，而其制造成本远低于单晶硅太阳能电池。因而被称为最具应用前景的光伏新技术。

但目前钙钛矿太阳能电池的商业化过程中遇到的主要瓶颈为其稳定性欠佳，难以满足户外实际应用的要求。其中一个关键的原因是钙钛矿材料易于与金属电极发生不可逆的化学反应，从而发生性能衰减。即使使用化学稳定性最好的金电极，器件稳定性亦欠佳。

碳电极不但成本低廉，可印刷制备，而且不会与钙钛矿材料发生化学反应，在持续光照条1万小时后，依然可以保持原有的器件效率，未见明显性能衰减。这说明制造碳基电极的钙钛矿太阳能电池对推动钙钛矿光伏技术进入产业化具有重要意义。

目前已经有多种不同的碳基钙钛矿太阳能电池器件制作技术被公开，然而这些技术存在四个主要问题：1)碳电极与钙钛矿层直接接触，由于两者功函数差距较大，致使器件开压偏低；2)由于碳电极直接与钙钛矿接触，界面处有严重的电荷复合，致使器件效率远低于金属基钙钛矿太阳能电池；3)即使有些器件在钙钛矿与电极间加入了空穴传输层如NiO或Spiro-OMeTAD等，但由于碳电极制备时所用的碳浆依然会部分渗透至钙钛矿层，所以器件性能依然较差；4)这些器件仅限于正置器件结构(n-i-p型)，这类器件需要高温烧结或特殊技术制备TiO2电子传输层，难以用于柔性器件制作。

p-i-n型器件结构由于能通过全溶液法制备，能卷对卷生产，与现有电子器件制作工艺兼容，被认为是最能迅速实现工业化生产的钙钛矿太阳能电池技术。由于整个制备过程都能在常温下进行，所以可以方便的制造可穿戴柔性器件。但由于p-i-n型器件的电子传输层和空穴传输层都很薄，碳浆的渗透性又极强，不但会破坏钙钛矿层，甚至会导致严重短路，效率接近于0。故目前还缺乏p-i-n型的碳基钙钛矿光伏器件制作技术。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种高性能p-i-n型碳基钙钛矿太阳能电池，增加一层致密的氧化物薄膜，从而抑制碳电极在制作过程中碳浆对电荷传输层的渗透，同时避免了碳电极与钙钛矿层接触导致的器件效率损失。同时致密氧化物层还起到封装钙钛矿的作用，抑制了钙钛矿的分解。

根据本发明的一个目的，提供一种高性能p-i-n型碳基钙钛矿太阳能电池，包括电池本体，所述电池本体由透明电极、空穴传输层、钙钛矿光活性层、电子传输层、致密氧化物层和碳电极依次堆叠而成。

进一步地，所述透明电极包括玻璃基碳电极和塑料柔性电极。

进一步地，所述空穴传输层由氧化镍、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、Poly[N，N’-bis(4-butylphenyl)-N,N’-bisphenylbenzidine]或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸中的一种构成。

进一步地，所述空穴传输层厚度为5～100nm。