[發明專利]一種鈣鈦礦太陽能電池、其界面修飾層及修飾層制備方法

有效

• 申請號: 202110030628.6
• 申請日: 2021-01-11
• 公開（公告）號: CN112786790B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發明（設計）人: 韓宏偉;梅安意;榮耀光;胡玥;戴沁萱;李代宇;劉超
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H10K85/10
• 分類號: H10K85/10;H10K30/50;H10K99/00;H10K71/12
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

本發明公開了一種鈣鈦礦太陽能電池、其界面修飾層及修飾層制備方法，其中，界面修飾層的材料包括納米碳材料和高分子聚合物，納米碳材料所占質量百分比大于5％、且小于40％。該界面修飾層應用于鈣鈦礦太陽能電池時，該鈣鈦礦太陽能電池包括依次堆疊的負極、電子傳輸層、吸光層、界面修飾層和正極，此時界面修飾層中的納米碳材料承擔空穴提取的作用，高分子承擔阻擋鈣鈦礦吸光層與正極界面載流子復合的作用，可以實現鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦吸光層/正極界面處空穴的提取與電子的阻擋，從而避免了常規空穴傳輸層的使用；與此同時，該材料成本較低，可以以較低的成本解決當前空穴傳輸層對器件性能的制約問題，大大提高了電池的光電轉換效率。

技術領域

本發明屬于鈣鈦礦太陽能電池領域，更具體地，涉及一種鈣鈦礦太陽能電池、其界面修飾層及修飾層制備方法。

背景技術

隨著電氣化、信息化、智能化時代的到來，我們對能源的需求急劇增加，這對現有的能源供應體系提出了嚴峻考驗。因而，開發更多的能源供應技術，提供更充沛的能源供應具有重要戰略意義。此外，在經濟快速發展的同時，國家高度重視環境影響，提出了節能減排、碳中和等一系列目標，因此發展清潔能源技術并加大清潔能源的使用勢在必行。在各類清潔能源技術中，考慮到太陽能取之不盡用之不竭、廣泛分布、清潔無污染的特點，太陽能電池技術受到了高度重視與大力發展。雖然現有的商業化太陽能電池技術已經取得了很多重要進展，但其平均發電成本相較于傳統能源發電技術并無優勢，制約了太陽能電池技術的廣泛應用。因此，科研工作者們一直致力于發展新型太陽能電池技術。

在各類新型太陽能電池中，鈣鈦礦太陽能電池以其高的光電轉換效率、低的制備成本迅速成為研究熱點。目前，鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率已經達到25.5％，僅僅略低于晶硅太陽能電池26.7％的光電轉換效率，這一重大突破是在短短十年內取得的，表明鈣鈦礦太陽能電池有著很好的發展前景。鈣鈦礦太陽能電池一般由負極，電子傳輸層，鈣鈦礦吸光層，空穴傳輸層，正極組成。

隨著鈣鈦礦太陽能電池的逐步發展，空穴傳輸層越來越成為制約器件的關鍵因素。一方面，目前使用的有機空穴傳輸材料諸如Spiro-OMeTAD等成本昂貴，其單價甚至遠超器件中所使用的金電極等。另一方面，以Spiro-OMeTAD為主的空穴傳輸材料的使用顯著制約了鈣鈦礦太陽能電池的穩定性，這對鈣鈦礦太陽能電池走向應用是不利的。越來越多的研究表明，鈣鈦礦太陽能電池中的空穴傳輸層并不是必需的，這是因為鹵化物鈣鈦礦材料自身有著優異的空穴傳輸性能。但研究也表明，直接去掉空穴傳輸層對鈣鈦礦太陽能電池性能是不利的，這是因為空穴傳輸層除了發揮傳導空穴的作用之外，也發揮著提取空穴、并阻擋電子的作用，從而抑制鈣鈦礦/正電極界面的載流子復合行為。因此，從這個角度考慮，開發一種界面修飾層來實現鈣鈦礦太陽能電池中鈣鈦礦吸光層/正極界面處空穴的提取與電子的阻擋，從而避免常規空穴傳輸層的使用，是解決當前鈣鈦礦太陽能電池面臨的來自空穴傳輸層的挑戰的可行策略。

事實上，科研工作者用10nm左右的聚三芳胺PTAA薄層取代200nm左右的Spiro-OMeTAD空穴傳輸層同樣制得了性能優良的鈣鈦礦太陽電池，顯然，PTAA薄層在這里更多的扮演的是界面修飾層的作用。但PTAA本身也是空穴導體，且其單價甚至遠高于Spiro-OMeTAD。因此，有必要開發成本低廉的界面修飾層。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種鈣鈦礦太陽能電池、其界面修飾層及修飾層制備方法，其目的在于開發低成本的鈣鈦礦太陽能電池吸光層與正極的界面修飾層，解決當前空穴傳輸層對器件性能的制約問題。

為實現上述目的，第一方面，本發明提供了一種界面修飾層，其材料包括納米碳材料和高分子聚合物；其中，納米碳材料所占質量百分比大于5％、且小于40％。

進一步優選地，上述界面修飾層的厚度大于10nm、且小于500nm。

進一步優選地，上述納米碳材料包括具有空穴提取能力的納米碳顆粒，且納米碳顆粒的尺寸小于100nm。