钙钛矿太阳能电池及其制备方法与流程

本技术涉及太阳能电池，具体地，涉及钙钛矿太阳能电池及其制备方法。进一步地，涉及用电设备。

背景技术：

1、有机-无机卤化钙钛矿太阳能电池(pscs)以其卓越的光电性能和低成本制造潜力，成为太阳能电池领域的前沿技术。其中，电荷传输层与钙钛矿吸收层间的界面优化是提升pscs性能的关键。然而，现有技术制备的钙钛矿太阳能电池的界面化学反应会降低电池性能。

2、因此，亟需降低钙钛矿太阳能电池的界面化学反应，以提升钙钛矿太阳能电池的性能。

技术实现思路

1、本技术旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题至少之一。为此，本技术提供了一种钙钛矿太阳能电池。

2、在本技术的第一个方面，本技术提出了一种钙钛矿太阳能电池。根据本技术的实施例，所述钙钛矿太阳能电池包括：

3、电极；

4、电子传输层，所述电子传输层设置于所述电极的一侧；

5、钙钛矿吸收层，所述钙钛矿吸收层设置于所述电子传输层远离所述电极的一侧；

6、空穴传输层，所述空穴传输层设置于所述钙钛矿吸收层远离所述电子传输层的一侧；

7、绝缘层，所述绝缘层设置于所述空穴传输层远离所述钙钛矿吸收层的一侧；

8、和透明导电基底，所述透明导电基底设置于所述绝缘层远离所述空穴传输层的一侧。由此，该钙钛矿太阳能电池具有更高的短路电流、更高的开路电压、更高的填充因子和更高的光电转换效率。

9、在一些实施例中，所述绝缘层的厚度为1.9nm～4.1nm。由此，厚度适中的绝缘层，优化了绝缘层与空穴传输层的界面，减少了缺陷和非辐射复合，降低了内部电荷传输阻力，提升了钙钛矿太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子及光电转换效率。

10、在一些实施例中，所述绝缘层的厚度为2nm～4nm。由此，厚度适中的绝缘层，进一步优化了绝缘层与空穴传输层的界面，减少了缺陷和非辐射复合，降低了内部电荷传输阻力，提升了钙钛矿太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子及光电转换效率。

11、在一些实施例中，所述绝缘层包括金属氧化物、金属氮化物、非金属氧化物、有机化合物和高分子聚合物中的至少之一。

12、在一些实施例中，所述绝缘层包括氧化铝、二氧化硅、氮化铝、二氧化钛、氧化锌、1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺和氯化胆碱中的至少之一。

13、在一些实施例中，所述绝缘层是由氧化铝形成的。

14、在一些实施例中，所述绝缘层是由孔隙率低于5％的氧化铝形成的。由此，绝缘层采用孔隙率低于5％的氧化铝，结构致密，减少孔洞和电荷复合缺陷，防止化学物质、水分和氧气渗透，有效提升钙钛矿太阳能电池的性能，包括短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。

15、在一些实施例中，所述绝缘层是由无孔氧化铝形成的。由此，绝缘层采用无孔氧化铝，结构致密，减少孔洞和电荷复合缺陷，防止化学物质、水分和氧气渗透，能够有效进一步提升钙钛矿太阳能电池的性能，包括短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。

16、在一些实施例中，所述空穴传输层包括[2-(9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[2-(3,6-二甲氧基-9h-咔唑-9-基)乙基]膦酸、[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸(me-4pacz)、苯甲酸、4-[双(2,4-二甲氧基联苯-4-基)氨基]-联苯-4-羧酸，2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)(spiro-ome tad)、氧化镍(niox)、聚对苯二甲酸乙二醇酯和1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺(pfn-br)中的至少之一，x为0.5～1.5。

17、在一些实施例中，所述空穴传输层包含[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸和1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺，所述[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸与所述1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺的质量比为(8.75～13.75)：1。由此，质量比适中的[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸和1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺能够减少空穴传输层对水分子的吸附，从而提高空穴传输层的疏水性能，从而提高钙钛矿在空穴传输层上的覆盖率，进而提高钙钛矿太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。

18、在一些实施例中，所述空穴传输层包含[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸和1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺，所述[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸与所述1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺的质量比为(10～12.5)：1。由此，质量比适中的[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸和1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺能够减少空穴传输层对水分子的吸附，从而提高空穴传输层的疏水性能，从而提高钙钛矿在空穴传输层上的覆盖率，进而提高钙钛矿太阳能电池的短路电流、开路电压、填充因子和光电转换效率。

19、在一些实施例中，所述钙钛矿吸收层的材料包括硫氰酸甲脒。

20、在本技术的第二个方面，本技术提出了一种制备本技术的第一个方面所述的钙钛矿太阳能电池的方法，所述方法包括：在透明导电基底的一侧形成绝缘层；在所述绝缘层远离所述透明导电基底的一侧形成空穴传输层；在所述空穴传输层远离所述绝缘层的一侧形成钙钛矿吸收层；在所述钙钛矿吸收层远离所述空穴传输层的一侧形成电子传输层；在所述电子传输层远离所述钙钛矿吸收层的一侧形成电极。由此，该方法能制备具有更高的短路电流、更高的开路电压、更高的填充因子和更高的光电转换效率的钙钛矿太阳能电池。

21、在一些实施例中，所述在所述透明导电基底的一侧形成绝缘层是通过如下方式实现的：将包含0.1～0.3mg/ml的氧化铝溶液在所述透明导电基底的一侧进行第一涂覆处理；将第一涂覆处理产物进行第一退火处理，以便获得所述绝缘层，所述第一退火处理是在温度为95～105℃的条件下进行8～12min。

22、在一些实施例中，所述在所述绝缘层远离所述透明导电基底的一侧形成空穴传输层是通过如下方式实现的：将包含0.4～0.6mg/ml的[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸溶液在所述绝缘层远离所述透明导电基底的一侧进行第二涂覆处理；将第二涂覆处理产物进行第二退火处理，以便获得所述空穴传输层，所述第二退火处理是在温度为95～105℃的条件下进行8～12min。

23、在一些实施例中，包括将0.4～0.6mg/ml的[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸和0.3～0.5mg/ml的1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺溶液进行所述第二涂覆处理，所述[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸与所述1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺的质量比为(8.75～13.75)：1。

24、在一些实施例中，包括将0.4～0.6mg/ml的[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸和0.3～0.5mg/ml的1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺溶液进行所述第二涂覆处理，所述[4-(3,6-二甲基-9h-咔唑-9-基)丁基]膦酸与所述1-(2-吡啶基)-n-(2-溴乙基)-2-萘胺的质量比为(10～12.5)：1。

25、在一些实施例中，在所述空穴传输层远离所述绝缘层的一侧形成钙钛矿吸收层是通过如下方式实现：将包含钙钛矿传输材料的溶液在所述空穴传输层远离所述绝缘层的一侧进行第三涂覆处理；将第三涂覆处理产物进行第三退火处理，以便获得所述钙钛矿吸收层，所述第三退火处理是在温度为120～140℃的条件下进行18～22min。

26、在一些实施例中，将包含钙钛矿传输材料和硫氰酸甲脒的溶液在所述空穴传输层远离所述绝缘层的一侧进行所述第三涂覆处理，所述钙钛矿传输材料在溶液中的浓度为1.2mol/ml，所述硫氰酸甲脒在溶液中的浓度为1～2mg/ml，所述钙钛矿传输材料和所述硫氰酸甲脒的摩尔质量比为1.2:(1～2)。

27、在本技术的第三个方面，本技术提出了一种用电设备。根据本技术的实施例，所述用电设备包括：本技术第一个方面或者本技术第三个方面所述的钙钛矿太阳能电池。

28、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。