[发明专利]一种大面积钙钛矿太阳电池复合光电转换层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含有可聚合基团的钙钛矿太阳电池复合光电转换层及其制备方法，属于新能源和新材料领域。

技术背景

钙钛矿太阳电池目前光电转换效率已超过28%，未来可望达到50%，成为太阳电池行业的新希望。 钙钛矿太阳电池通常是由透明导电玻璃、致密层、钙钛矿光电转换层、空穴传输层、金属背电极五部分组成。钙钛矿光电转换层的厚度一般为200-600nm，主要作用是吸收太阳光并产生电子-空穴对，并能高效传输电子-空穴对。钙钛矿光电转换材料典型分子式为AMX₃，其中, A代表一价阳离子，通常为CH₃NH₃⁺、HNCHNH₃⁺或Cs⁺ ；M代表金属阳离子, 通常为Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Sb³⁺、Bi³⁺；X代表阴离子, 通常为Cl^-、Br^-、I^-、CNS^-或PF₆^-。

目前国内外已对金属阳离子和卤素阴离子的研究比较透彻，而对一价阳离子的组成、结构和作用机制的研究才刚刚起步。中国专利CN104993058(2015-10-12)公开采用带有伯胺基的聚合物作为一价阳离子构建新型钙钛矿光电转换材料。中国专利申请2016109969221 (2016-11-14)和2016109969522 (2016-11-14)公开采用芳香羟基氨和二酰亚胺改进钙钛矿光电转换材料性能。如果一价阳离子分子比较大或是二胺结构分子，三维钙钛矿晶体结构的高度对称性就容易被破坏，形成二维层状钙钛矿型光电转换材料，典型分子式为NMX₄。研究发现二维层状钙钛矿型光电转换材料的光电转换性能虽然不及常用的三维钙钛矿型光电转换材料，却具有更好的环境稳定性、导电性能和良好的空穴分离与传输性能。研究发现将三维钙钛矿型光电转换材料和二维钙钛矿型光电转换材料混合应用，可以稳定和提高钙钛矿太阳电池光电转换层性能，代表性专利包括CN104795501(2015-07-22) 、CN104795501(2015-07-22) 、CN105742504(2016-07-06) 、CN106098943(2016-11-09)和CN2016109969221(2016-11-14)。

目前钙钛矿型光电转换材料中一价阳离子品种还比较少，钙钛矿光电转换材料成膜性能不好，还不能满足大面积钙钛矿太阳电池光电转换层工程化涂布要求。设计新型钙钛矿光电转换材料分子或研究将不同类型的钙钛矿型光电转换材料组合应用是加快钙钛矿太阳电池应用开发的重要措施。

发明内容

本发明的目的是提供一种大面积钙钛矿太阳电池复合光电转换层，特别是采用三维钙钛矿型光电转换材料薄膜和可聚合二维层状钙钛矿型光电转换材料薄膜组成钙钛矿太阳电池复合光电转换层，并用可聚合二维层状钙钛矿型光电转换薄膜作为空穴传输层，以简化大面积钙钛矿太阳电池制备工艺。

本发明中三维钙钛矿型光电转换材料薄膜组成为AMX₃，其中, A为CH₃NH₃⁺、CH(NH₂)₂⁺、Cs⁺ 或其混合物；M为Pb²⁺、Sn²⁺、Ge²⁺、Cu²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Sb³⁺、Bi³⁺或其混合物；X为Cl^-、Br^-、I^- 、CNS^-、BF₄^-、PF₆^-或其混合物。