[发明专利]一种非富勒烯钙钛矿太阳能电池及其制备方法

说明书

本发明公开了一种非富勒烯钙钛矿太阳能电池，包括从下至上的导电基底、空穴传输层、光吸收层、界面钝化层、非富勒烯电子传输层、空穴阻挡层和背电极；所述界面钝化层为硅酞菁层。本发明利用硅酞菁作为界面钝化层材料，构建高效非富勒烯钙钛矿太阳能电池，改善了光电流的迟滞现象，显著提高了光电转换效率和稳定性，为构建低成本、高效率、稳定的非富勒烯基钙钛矿太阳能电池提供了新思路。

技术领域

本发明属于钙钛矿太阳能电池技术领域，具体涉及一种非富勒烯钙钛矿太阳能电池及其制备方法。

背景技术

从20世纪90年代起，人们就预测到随着全球人口的迅速增长与工业化的持续扩张，能源消耗和环境污染的问题日益增重。为了避免传统能源短缺以及不合理使用导致的污染问题，人们把目光转向了新型环保能源。而其中的太阳能取之不尽、用之不竭。在过去的十亿年中只消耗其能量的百分之二，除此之外，太阳能还有清洁稳定，无污染等特点，使得太阳能成为21世纪最具有潜力的可再生资源之一。开采利用太阳能的方式也较为丰富，其中基于光生伏特效应的太阳能电池是其中最常用的一种。钙钛矿太阳能电池作为新一代有望高性能、高应用价值的太阳能电池成为了研究的焦点。钙钛矿材料有着溶液制备，低成本以及光电性能优异等优点。从2009年初始光电转换效率的3.8％到目前已认证的23.7％，钙钛矿材料在光伏领域上急速发展。尽管钙钛矿电池在高效率太阳能电池研发方面取得了令人瞩目的成果，但与传统晶硅太阳能电池相比，其工作稳定性仍有较大不足。因此，我们有理由相信，通过不断提高钙钛矿太阳能电池的稳定性，能够实现其在新型环保能源领域有大规模商业化生产的可能。

有效的钙钛矿太阳能电池器件结构类似于汉堡夹层模式，包括导电玻璃、空穴传输层、钙钛矿吸光层、电子传输层，以及界面修饰层，其中每一层都对钙钛矿太阳能电池性能起到决定性的作用。经研究发现，由于富勒烯具有高的电子迁移率、三维电子传输特性以及有效的路易斯酸钝化效果，所以在倒置结构(p-i-n)中，富勒烯及其衍生物成为了目前最为常用且获得高转换效率的电子传输材料。然而，随着制备工艺的不断成熟，富勒烯在钙钛矿太阳能电池上的缺点渐渐突显出来，比如：其弱的吸收能力无法给器件提供有效的光电流利用、其球型的分子结构在高温下自身会发生聚集效应、能级不便调节、高提纯成本以及差的光热水氧稳定性。为了避免这些不足，人们开始寻找另一种高性能的电子传输材料替代富勒烯及其衍生物。故此，非富勒烯电子传输体系在钙钛矿太阳能电池中的运用也成为了热门方向之一。然而，对于目前已研究的非富勒烯电子传输层体系而言，其钙钛矿电池工作效率及稳定性都不及传统富勒烯钙钛矿电池体系。原因在于：钙钛矿表面常常会产生一些未完全配位的悬挂键，这些悬挂的存在将成为能够捕获自由载流子的复合中心，恶化器件性能。

发明内容

针对现有技术中的非富勒烯基钙钛矿太阳能电池光电转换效率低、稳定性差的问题，本发明的目的是在于提供了一种非富勒烯钙钛矿太阳能电池及其制备方法，利用硅酞菁作为界面钝化层材料，构建高效非富勒烯钙钛矿太阳能电池，改善了光电流的迟滞现象，显著提高了光电转换效率和稳定性，为构建低成本、高效率、稳定的非富勒烯基钙钛矿太阳能电池提供了新思路。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非富勒烯钙钛矿太阳能电池，包括从下至上的导电基底、空穴传输层、光吸收层、界面钝化层、非富勒烯电子传输层、空穴阻挡层和背电极；

所述界面钝化层为硅酞菁层(SiPC)，所述硅酞菁的结构通式如式(1)所示：

式(1)中，R为选自以下取代基中的一种：

L为H或具有1～4个C原子的烷基。

优选的，式(1)中，R为L为H或具有1～4个C原子的烷基；更优选的，L为H或甲基。

优选的，所述界面钝化层的厚度为5nm。