[發明專利]一種鈣鈦礦太陽電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201911306520.4
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN110931645B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 丁毅;田瀛;吳燕;候敏娜;徐玉增;黃茜;侯國付;趙穎;張曉丹
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 暫無信息
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本發明提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法，包括透明導電襯底、空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層、電子傳輸層和金屬電極，所述空穴傳輸層為P型導電大分子聚合材料，所述P型導電大分子聚合材料包括PbI₂嫁接的修飾層。本發明通過該修飾層表面，可有效降低鈣鈦礦前驅體溶液的表面張力，其原理是鈣鈦礦前驅體溶液中的有機銨鹵化鹽和嫁接在空穴傳輸材料表面上的PbI₂之間產生吸引力。更重要的是，該修飾層改性策略對于大多數非潤濕性的空穴傳輸層均有效;本發明提出的修飾層改性為制備高效的倒結構鈣鈦礦太陽電池提供了一個廣闊前景。

技術領域

本發明涉及光電功能材料與器件技術領域，更具體的說，特別涉及一種具有疏水功能層表面的鈣鈦礦電池及其制備方法。

背景技術

近十年來，鈣鈦礦太陽電池的效率已從最初的3.8%提高至25%以上，為實現高效率低成本的鈣鈦礦太陽電池帶來了希望。

鈣鈦礦太陽電池根據光的照射方向分為正結構和倒結構。最近，低溫制備的倒結構鈣鈦礦太陽電池效率突破21%，適用于柔性器件、疊層太陽電池。

鈣鈦礦太陽電池中的載流子傳輸層對載流子的分離，傳輸和收集非常重要。氧化鈦（TiO₂），氧化錫（SnO₂）和PC₆₁BM是優良的電子傳輸材料（ETMs）。各種有機或無機材料常用作空穴傳輸層（HTLs）。聚合物的載流子遷移率通常為1×10^-4 cm²V^-1s^-1。

PTAA具有更高的空穴遷移率，為1×10^-2~1×10^-3 cm²V^-1s^-1，可以更有效地傳輸載流子。而且，PTAA的LUMO能級為-2.3 eV左右，HOMO能級為-5.25eV左右，與鈣鈦礦的能帶較為匹配，這非常有利于載流子的提取和提高開路電壓（Voc）。因此，倒結構鈣鈦礦太陽電池采用PTAA作空穴傳輸層有望實現更優異的光伏性能。然而，PTAA表面是疏水的，這為在PTAA表面上制備具有高結晶度的致密鈣鈦礦薄膜帶來了挑戰。PTAA與鈣鈦礦薄膜之間的不良接觸成為載流子非輻射復合的新途徑。此外，基于PTAA空穴傳輸層的倒結構鈣鈦礦太陽電池器件可重復性較差，降低了其商業化潛力。

因此，現有技術存在缺陷，有待于進一步改進和發展。

發明內容

（一）發明目的：本發明致力于對P型導電大分子聚合材料表面進行改性，改善其浸潤性，在疏水的P型導電大分子聚合材料表面上實現性能優異的倒結構鈣鈦礦太陽電池。

（二）技術方案:

一種鈣鈦礦太陽能電池，包括透明導電襯底、空穴傳輸層、鈣鈦礦活性層、電子傳輸層和金屬電極，其中，所述空穴傳輸層的材料為P型導電大分子聚合材料，所述P型導電大分子聚合材料包括PbI₂嫁接的修飾層。

所述的鈣鈦礦太陽能電池，其中，所述P型導電大分子聚合材料是PTAA、P3HT、PTB7、PCPDTBT、PCDTBT、Poly-TPD或者Spiro-TTB中的任意一種。

所述的鈣鈦礦太陽能電池，其中，將PbI₂制備在P型導電大分子聚合材料上，產生PbI₂嫁接的修飾層。

一種鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，包括以下步驟：

步驟一、對TCO玻璃基底進行超聲波清洗；

步驟二、制備P型導電大分子聚合材料層；

步驟三、對P型導電大分子聚合材料層進行表面改性，在P型導電大分子聚合材料層上嫁接PbI₂修飾層；

步驟四、制備鈣鈦礦活性層；