[发明专利]基于聚苯乙烯界面层提高光伏性能的钙钛矿电池及其制备

说明书

本发明提供了一种基于聚苯乙烯界面层提高光伏性能的钙钛矿电池及其制备。所述钙钛矿电池包括：衬底材料、透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、聚苯乙烯界面层、空穴传输层、对电极。其中聚苯乙烯界面层可钝化钙钛矿吸光层和空穴传输层的界面缺陷，促进光生载流子分离传输，同时良好的疏水性可抑制空气中水分的渗入，减慢钙钛矿吸光层的分解，可提高器件的光电转化效率和长效稳定性。本发明方法简单有效，可使钙钛矿电池最高效率突破20%，空气中放置两个月维持85%初始效率，具有极大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及钙钛矿太阳能电池领域，特别涉及基于聚苯乙烯界面层提高光伏性能的钙钛矿电池及其制备。

背景技术

太阳能取之不尽用之不竭，具有清洁无污染的特点。近年来太阳能电池技术快速发展，而其中钙钛矿电池成为备受瞩目的一类电池，器件效率从2009年的3.8％迅速提高到了22.7％。钙钛矿电池具有高转化效率、制备简单、材料广泛、成本低廉等优点，应用前景十分广阔。

目前钙钛矿太阳能电池，可分为平面结构和介孔结构，主要包括透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层、对电极等。其中钙钛矿材料吸光后，产生的光生电子和空穴可分别传输到电子传输层和空穴传输层。界面缺陷及能级不匹配会产生极大的非辐射复合，减低载流子的分离传输效率，增加界面电容，造成低光电转化效率和电流电压滞后等现象，极大的抑制了高效光伏器件的制备与发展。

因此，减少钙钛矿吸光层和载流子传输层之间的界面缺陷，抑制非辐射复合，提高载流子分离传输效率，提高器件的光电转化效率和器件的长效稳定性，显得极其重要。

发明内容

针对上述钙钛矿电池中存在的问题，本发明提出通过在钙钛矿吸光层和空穴传输层之间沉积聚苯乙烯界面层，以抑制钙钛矿和空穴传输层的界面缺陷，促进光生载流子的分离传输，以提高器件光电转化效率；而且聚苯乙烯良好的疏水性会对钙钛矿吸光层提供保护，减慢钙钛矿材料的衰减分解，大大提高器件的长期稳定性。

为了实现本发明的目的，具体技术方案如下：

本发明基于聚苯乙烯界面层提高钙钛矿电池的光伏性能，其电池结构自下而上包括衬底材料、透明电极、电子传输层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极，其中电子传输层可为平面结构或者为多孔骨架结构。

所述衬底材料为硬质透明玻璃或者柔性有机塑料。

所述透明电极为铟锡氧化物、氟锡氧化物或铝锌氧化物，透光度>70％，面电阻<15Ω。

所述电子传输层具有分离传输钙钛矿吸光层中光生电子的作用，主要由金属氧化物组成，为二氧化钛，厚度为20-50nm；所述多孔骨架为微孔互穿结构，金属颗粒粒径在10-50nm，厚度为80-600nm。

所述钙钛矿光吸收层材料为ABX₃型，其中A可为Rb⁺、Cs⁺、CH₃NH₃⁺、HC(NH₂)₂⁺，B可以为Pb²⁺、Sn²⁺、Cu²⁺，X可以为Cl^-、Br^-、I^-、SCN^-等，膜厚度为100-1000nm。

所述的空穴传输层为Spiro-OMeTAD、P3HT、PTAA、CuI、CuSCN、Cu₂O、NiOx和MoOx中的一种或多种。

所述对电极为对电极为金属电极或者导电碳材料电极。

上述钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤：