[发明专利]改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法

说明书

改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法，定义导电衬底为最下层时，该太阳能电池从下到上依次包括：导电衬底层；电子传输层；聚合物和无机金属氧化物纳米颗粒改性的钙钛矿吸光层；空穴传输层；对电极；所述聚合物为壳聚糖、聚氧化乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯和聚（偏二氟乙烯‑co‑六氟丙烯）中的一种或几种；所述无机金属纳米氧化物为TiO₂、ZnO、Al₂O₃、SiO₂和ZrO₂中一种或几种。本发明通过对钙钛矿层进行适量聚合物和无机金属纳米氧化物纳米颗粒的体相掺杂，提高器件的柔韧性和环境稳定性，抑制钙钛矿薄膜中的离子迁移，稳固钙钛矿晶体，同时起到释放应力的作用。

技术领域

本发明涉及一种改善柔性钙钛矿太阳能电池性能的方法，具体涉及一种改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法。

背景技术

金属钙钛矿由于其独特的光学和物理性能、低成本、可低温溶液制备等优点，成为构建柔性太阳能电池的理想材料。在复合工程、表面钝化、界面修饰和制造工艺优化等技术的支持下，结合低温电荷传输层、钙钛矿吸光层、柔性导电基板的研究开发，柔性钙钛矿太阳能电池（F-PSCs）的光电转换效率已经超过了21%。这些优异成果证明了F-PSCs在可穿戴和便携式电子设备、曲面电子显示器等方面具有巨大的潜能。但是F-PSCs的效率问题、稳定性问题以及大面积印刷下的薄膜质量问题等仍是限制其商业化应用的瓶颈。

F-PSCs领域的研究自首次出现以来发展迅速，且刚性PSCs的许多发展已在F-PSCs中得以复制。然而，仍有许多重要因素限制了F-PSCs效率的进一步提高。例如，高质量低温电子传输层的制备困难，塑料基底在退火过程存在热变形而导致电阻增加使得电极、电荷传输层界面处的电荷载流子损失，塑料基底的表面粗糙度较差而导致包括电子传输层和钙钛矿层在内的顶层形态不佳，塑料基板在紫外和可见光范围内的透射率低等，这些问题本质上会使得柔性器件的效率仍落后于刚性器件。

伴随着F-PSCs的效率的不断提升，器件的环境稳定性、柔韧性、可拉伸性成为更加备受关注的方面。因此，如何提升F-PSCs的稳定性以满足各种可穿戴和便携式电子设备成为当今社会面临的一大挑战。目前，研究人员不断将重心向稳定性方向转变。研究发现，在空气、水分和加热循环的存在下，钙钛矿层、有机电子传输层和空穴传输层会加速降解。钙钛矿晶体的降解和相变主要归因于它的离子性质，氧气、水分、紫外线辐射和热量是钙钛矿晶体降解的主要因素，然而钙钛矿层的降解机制尚未完全清楚。另外，聚合物基底对水分和氧气侵入的阻隔性较弱，透过柔性基底的水氧会导致钙钛矿层和其他成分层进一步降解。因此，F-PSCs存在严重的长期环境稳定性问题。提高F-PSCs的稳定性需要考虑众多因素，例如钙钛矿的组成、钙钛矿薄膜的均匀性和结晶度、界面工程、电荷传输材料和电极的选择以及封装技术。另外，弯曲稳定性是F-PSCs商业化应用需要解决的重要因素之一，弯曲稳定性主要受限于透明电极的机械强度以及电荷传输层与钙钛矿薄膜之间的粘合性能。传统的高效柔性钙钛矿器件是在ITO/PET或PEN基板上制造的，在反复弯曲后ITO的刚性特征会导致薄膜出现裂纹，导致载流子泄露并增加串联电阻，从而使器件失效。

CN 107104189 A公开了一种钙钛矿薄膜太阳能电池，其包括阴极、钙钛矿吸光层和阳极，所述阳极与钙钛矿吸光层之间还设有电极界面修饰层，所述电极界面修饰层包含能与所述钙钛矿吸光层反应而促进钙钛矿晶体结晶性的原子和/或离子，并且所述电极界面修饰层还用以改善所述阳极的表面粗糙度和形貌。该电池使用氧化物颗粒和聚合物用在钙钛矿上界面作为界面修饰层来改善器件湿度稳定性，并未提及如何提升钙钛矿吸光层稳定性，更缺少对柔性器件的弯曲稳定性的研究，并且其所获器件的光电转换效率低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种改善柔性钙钛矿太阳能电池柔韧性及机械性能的方法。