CN116156906A - 光转换层、太阳能电池和用电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种光转换层、太阳能电池和用电装置。光转换层包括转换材料，转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，光转换层设于太阳能电池吸光层的入光侧。在太阳能电池中引入光转换层，光转换层包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
Description
技术领域
本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种光转换层、太阳能电池和用电装置。
背景技术
太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。
但是，传统光伏器件中太阳能电池对太阳光谱的利用率有限。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种光转换层，旨在改善太阳能电池对太阳光谱的利用率，提升太阳能电池的性能。
为实现上述目的，本发明提出的一种光转换层，所述光转换层包括转换材料，所述转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，所述光转换层设于所述太阳能电池吸光层的入光侧。
通过在太阳能电池中引入光转换层，光转换层设于太阳能电池吸光层的入光侧，光转换层包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
可选地，所述太阳能电池包括上电极，所述光转换层设于所述上电极的表面；
和/或，所述太阳能电池包括上电极和第一电荷传输层，所述光转换层设于所述上电极与所述第一电荷传输层之间；
和/或，所述太阳能电池包括第一电荷传输层和吸光层，所述光转换层设于所述第一电荷传输层与所述吸光层之间。
可以理解的是，光转换层可以设置在上电极的表面。光转换层可以设置在上电极与第一电荷传输层之间。光转换层可以设置在第一电荷传输层与吸光层之间。
可选地，所述太阳能电池包括上电极，所述光转换层为上电极，所述光转换层包括上电极材料和所述转换材料。
可以理解的是，光转换层可以独立地为一层结构，也可以与太阳能电池中的其他层结构复合，例如，光转换层与上电极复合，使得上电极具有光转换层的功能，也即，光转换层为上电极，光转换层包括上电极材料和转换材料。
可选地，所述太阳能电池包括第一电荷传输层，所述光转换层为第一电荷传输层，所述光转换层包括电荷传输材料和所述转换材料。
将光转换层与第一电荷传输层复合，光转换层为第一电荷传输层，光转换层包括电荷传输材料和转换材料。
将上转换发光材料和/或下转换发光材料与电荷传输层材料相结合，可在不影响电池本征结构性能的同时实现太阳光谱利用率的提高，大幅提高器件性能。
也即，相比分别设置上转换层和/或下转换层，以及电荷传输层，一方面多层结构的设置增加了工艺复杂度，需要增加制膜工序，另一方面增加了异质界面，提高了载流子传输路径上的阻力，包括寄生电阻与界面缺陷的影响，进而降低器件光电转换性能。本申请提出的光转换层（上转换发光材料和/或下转换发光材料与电荷传输层材料相结合），能够避免上述两个问题，在不改变电池原有物理结构的基础上提高太阳光谱的利用率。
可选地，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括1%至75%。
转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，通过将转换材料与电荷传输材料混合，得到具有电荷传输功能和光转换功能的光转换层，可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。
可以理解的是，光转换层不仅通过其中的转换材料实现提高太阳光谱的利用率，还通过电荷传输材料实现传输电荷的功能，也即，电荷传输材料和转换材料的用量要兼顾，要避免光转换层中电荷传输材料用量过低，以免降低光电转换效率，可以理解的是，光电转化效率，电池器件在光照下工作输出的总功率与入射光功率的比值，若是光转换层中电荷传输材料用量过低，则通过光转换层传递电子或空穴的能力下降，光电转化效率下降。也要避免光转换层中转换材料用量过低，以免太阳光谱的利用率改善不明显，为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括1%至75 %。
可选地，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括25 %至60%。
为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括25 %至60%。
可选地，所述光转换层的厚度范围值包括30nm至60nm。
在材料相同的情况下，光转换层的厚度会影响太阳能电池的能量转换效率。为了使太阳能电池具有合适的能量转换效率，光转换层的厚度范围值包括30nm至60nm。
可选地，所述光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。
在材料相同的情况下，光转换层的厚度会影响太阳能电池的能量转换效率。为了使太阳能电池具有合适的能量转换效率，光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。
可选地，所述光转换层包括电荷传输材料、上转换发光材料和下转换发光材料，所述上转换发光材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；
所述下转换发光材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；
所述电荷传输材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。
转换材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，通过将转换材料与电荷传输材料混合，得到具有电荷传输功能和光转换功能的光转换层，光转换层可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，上转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；下转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；电荷传输材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。
可选地，所述转换材料包括上转换发光材料，所述上转换发光材料包括有机化合物或无机化合物中的至少一种。
本申请中并不对上转换发光材料的类型做限定，满足上转换发光材料能提高太阳光谱的利用率即可，例如可以是有机化合物和/或无机化合物。
可选地，所述有机化合物包括4CzIPN、硫杂蒽酮、三苯胺中的至少一种；
和/或，所述无机化合物包括NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4以及由Yb、Er、Tm、Eu、Sm、Bi和Ho稀土元素中一种或多种掺杂的所述NaYF4、所述NaLuF4、所述NaGdF4、所述NaYbF4、所述NaYGd、所述NaYLu、所述NaYNd、所述NaGd(WO4)2、所述LiErF、所述BaYF5、所述BaLuF5、所述BaGdF5、所述BaYb2F、所述CaS、所述LiLa(MoO4)2、所述Gd2O3、所述ZrYO、所述YAlO3、所述CaWO4中的至少一种。
本申请中并不对上转换发光材料的类型做限定，满足上转换发光材料能提高太阳光谱的利用率即可，例如，上转换发光材料包括NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4、4CzIPN、以及由稀土元素掺杂的NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4、4CzIPN、硫杂蒽酮及其衍生物、三苯胺及其衍生物中的至少一种，上述列出的上转换发光材料仅为示例，本申请中的上转换发光材料还可以是包括除上述以外的材料。
可选地，所述转换材料包括下转换发光材料，所述下转换发光材料包括荧光材料和/或磷光材料。
可选地，所述下转换发光材料包括荧光材料，所述荧光材料包括核黄素、荧光素类化合物、罗丹明类化合物、藻红蛋白、铱配合物、稀土元素配合物、聚芴类化合物、香豆素类化合物、萘酰亚胺类化合物、多并苯类化合物、氟硼二吡咯类化合物、试卤灵类化合物、吡唑啉类化合物、三苯胺类化合物、咔唑类化合物、绿色荧光蛋白、二胺类荧光化合物、钙钛矿发光纳米材料、热活化延迟荧光类化合物中的至少一种；
和/或，所述下转换发光材料包括磷光材料，所述磷光材料包括基质，所述基质包括第Ⅱ族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐中的至少一种；
和/或，所述下转换发光材料包括磷光材料，所述磷光材料包括基质和激活剂，所述激活剂包括重金属。
本申请中对下转换发光材料的类型并不做限定，例如，能满足吸收短波段（高能量）的光子并转换成吸光层能够有效吸收的可见光波段即可，上述列出的下转换发光材料仅为示例，本申请中的下转换发光材料还可以是包括除上述以外的材料。
可选地，所述电荷传输材料包括电子传输材料或空穴传输材料。
可选地，所述电子传输材料包括酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、半导体材料氧化物、钛酸盐、氟化物中的至少一种。
可选地，所述酰亚胺类化合物包括邻苯二甲酰亚胺、琥珀酰亚胺、N-溴代琥珀酰亚胺、戊二酰亚胺或马来酰亚胺中的至少一种；
和/或，所述醌类化合物包括苯醌、萘醌、菲醌或蒽醌中的至少一种；
和/或，所述富勒烯及其衍生物包括C60、PCBM中的至少一种；
和/或，所述金属氧化物中金属元素包括Mg、Cd、Zn、In、Pb、W、Sb、Bi、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga和Cr中的至少一种；
和/或，所述半导体材料氧化物包括氧化硅；
和/或，所述钛酸盐包括钛酸锶、钛酸钙中的至少一种；
和/或，所述氟化物包括氟化锂、氟化钙中的至少一种。
电子传输材料具有传输电子的功能，用来将电子传输到相应的电极，并阻止电子向相反方向扩散。本申请并不对电子传输材料做限定，可以是上述列出的任一种或多种材料，也可以是本申请中以外的材料。
例如，电子传输材料包括但不限于酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、氧化硅、钛酸锶、钛酸钙、氟化锂和氟化钙中的至少一种，其中所述金属氧化物中金属元素包括Mg、Cd、Zn、In、Pb、W、Sb、Bi、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga和Cr中的至少之一。
可选地，所述空穴传输材料包括,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中所述金属氧化物中金属元素包括Ni、Mo和Cu中的至少一种。
空穴传输材料具有传输空穴的功能，用来将空穴传输到相应的电极，并阻止空穴向相反方向扩散。本申请并不对空穴传输材料做限定，可以是上述列出的任一种或多种材料，也可以是本申请中以外的材料。
例如，空穴传输材料包括但不限于2,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中所述金属氧化物中金属元素包括Ni、Mo和Cu中的至少一种。
本申请还提供一种太阳能电池，所述太阳能电池包括所述的光转换层。
可选地，沿第一方向，所述太阳能电池依次包括上电极、第一电荷传输层、吸光层、第二电荷传输层、下电极；
所述第一电荷传输层包括如所述的光转换层，所述第一电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的一种；
所述第二电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的另一种。
通过在第一电荷传输层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
可选地，所述上电极和/或所述下电极的材料包括有机导电材料和/或无机导电材料。
可选地，所述有机导电材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔中的至少一种；
和/或，所述无机导电材料包括掺杂氟的SnO2透明导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、金属中的至少一种。
本申请中上电极、下电极的材料类型具体不作限定，能实现导电功能即可，可以是有机导电材料，例如导电聚合物（聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔等）；可以是无机导电材料，例如透明导电氧化物（FTO、ITO、AZO等）、金属、碳衍生物等。
可选地，所述吸光层的材料包括钙钛矿，所述钙钛矿的结构式为ABX3，其中, A为无机阳离子和/或有机阳离子，B为无机阳离子和/或有机阳离子，X为无机阴离子和/或有机阴离子。
本申请并不对吸光层的材料做限定。优选地，所述吸光层的材料包括钙钛矿，所述钙钛矿的结构式为ABX3，其中, A为无机阳离子和/或有机阳离子，B为无机阳离子和/或有机阳离子，X为无机阴离子和/或有机阴离子。
钙钛矿材料通常为以ABX3结构为主的一大类材料，例如，A位为Cs+、CH3NH2 +与CH2(NH2)+，B位为Pb2+或Sn2+，X为卤素离子Cl-、Br-与I-等，它是由卤化物八面体BX6与A位阳离子在氢键作用下形成的一种立方紧密堆积结构。该结构的有机-无机杂化铅卤钙钛矿具有低成本、可见光内吸收系数高、载流子迁移率高、带隙可调且溶液法易合成等优势。
本申请还提供一种用电装置，所述用电装置包括所述的太阳能电池。
本申请的光转换层包括转换材料，转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料。在光转换层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请一实施例的太阳能电池的结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下，适当地参照附图详细说明具体公开了本申请的太阳能电池的实施方式。但是会有省略不必要的详细说明的情况。例如，有省略对已众所周知的事项的详细说明、实际相同结构的重复说明的情况。这是为了避免以下的说明不必要地变得冗长，便于本领域技术人员的理解。此外，附图及以下说明是为了本领域技术人员充分理解本申请而提供的，并不旨在限定权利要求书所记载的主题。
本申请所公开的“范围”以下限和上限的形式来限定，给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的，选定的下限和上限限定了特别范围的边界。这种方式进行限定的范围可以是包括端值或不包括端值的，并且可以进行任意地组合，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，如果针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围值3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-3、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。在本申请中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。另外，当表述某个参数为≥2的整数，则相当于公开了该参数为例如整数2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12等。
如果没有特别的说明，本申请的所有实施方式以及可选实施方式可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有技术特征以及可选技术特征可以相互组合形成新的技术方案。
如果没有特别的说明，本申请的所有步骤可以顺序进行，也可以随机进行，优选是顺序进行的。例如，所述方法包括步骤(a)和(b)，表示所述方法可包括顺序进行的步骤(a)和(b)，也可以包括顺序进行的步骤(b)和(a)。例如，所述提到所述方法还可包括步骤(c)，表示步骤(c)可以任意顺序加入到所述方法，例如，所述方法可以包括步骤(a)、(b)和(c)，也可包括步骤(a)、(c)和(b)，也可以包括步骤(c)、(a)和(b)等。
如果没有特别的说明，本申请所提到的“包括”和“包含”表示开放式，也可以是封闭式。例如，所述“包括”和“包含”可以表示还可以包括或包含没有列出的其他组分，也可以仅包括或包含列出的组分。
如果没有特别的说明，在本申请中，术语“或”是包括性的。举例来说，短语“A或B”表示“A，B，或A和B两者”。更具体地，以下任一条件均满足条件“A或B”：A为真（或存在）并且B为假（或不存在）；A为假（或不存在）而B为真（或存在）；或A和B都为真（或存在）。
传统光伏器件中太阳能电池对太阳光谱的利用率有限。
例如，传统光伏器件中的吸光层材料（如钙钛矿）光学带隙固定，光学带隙是光与物质相互作用的时候，物质中电子跃迁时的能量势垒，由物质本身的能带结构决定，电子越过这个带隙到达激发态需要吸收光子的能量。由于吸光层材料的吸收光谱固定，长波段将直接穿透吸光层，无法最大化利用太阳光谱，短波段会被吸光层吸收但对材料损伤较大，例如，紫外光由于具有较高的光能量和活化性，可以直接催化MAPbI3（MA=CH3NH3 +）钙钛矿中的MA+和I-发生氧化还原反应生成碘单质和甲胺气体，造成其晶格的破坏和薄膜老化。
为了提高太阳能电池对太阳光谱的利用率，本申请提供一种光转换层，光转换层包括转换材料，转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，光转换层设于太阳能电池吸光层的入光侧。
上转换发光，其发光过程是指在低能量光（长波长）激发下，通过多种转换方式发射出高能量光（短波长）的发光过程。
上转换发光材料，材料受到低能量的光激发，发射出高能量的光，即经波长长、频率低的光激发，材料发射出波长短、频率高的光。
下转换发光，高能量（短波长）的光激发后发出低能量（长波长）的光，这种发光方式也称为下转换发光。
下转换发光材料，光学活性物质在高能量光子的激发下发出低能量的光子。是指能够在吸收一个高能光子的紫外光后，发射一个或多个低能光子的材料。
吸光层，吸光层中包括吸光材料，具有光电转换功能的材料，吸光材料吸收太阳光的光子产生激发，激发价带中的电子产生光生空穴和电子对。
光转换层设于太阳能电池吸光层的入光侧，指的是光转换层设于光线射入吸光层的一侧。
通过在太阳能电池中引入光转换层，光转换层包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
在一实施例中，太阳能电池包括上电极，光转换层设于上电极的表面；和/或，太阳能电池包括上电极和第一电荷传输层，光转换层设于上电极与第一电荷传输层之间；和/或，太阳能电池包括第一电荷传输层和吸光层，光转换层设于第一电荷传输层与吸光层之间。
如图1所示，一实施例的太阳能电池的结构示意图，从上至下，太阳能电池依次包括上电极1、第一电荷传输层2、吸光层3、第二电荷传输层4、下电极5。
电极，电极的主要作用是从电荷传输层收集电子/空穴。
吸光层，吸光层中包括吸光材料，具有光电转换功能的材料，吸光材料吸收太阳光的光子产生激发，激发价带中的电子产生光生空穴和电子对。
电荷传输层，如图1所示，为一种太阳能电池的结构示意图，电荷传输层2位于电极和吸光层之间，用以传输电子或空穴的层状结构，由传输电子或传输空穴的材料组成用来将电子传输到相应的电极，并阻止电子或空穴向相反方向扩散。
可以理解的是，光转换层可以设置在上电极的表面。光转换层可以设置在上电极与第一电荷传输层之间。光转换层可以设置在第一电荷传输层与吸光层之间。
在一实施例中，太阳能电池包括上电极，光转换层为上电极，光转换层包括上电极材料和转换材料。
可以理解的是，光转换层可以独立地为一层结构，也可以与太阳能电池中的其他层结构复合，例如，光转换层与上电极复合，使得上电极具有光转换层的功能，也即，光转换层为上电极，光转换层包括上电极材料和转换材料。
在一实施例中，太阳能电池包括第一电荷传输层，光转换层为第一电荷传输层，光转换层包括电荷传输材料和转换材料。
将光转换层与第一电荷传输层复合，光转换层为第一电荷传输层，光转换层包括电荷传输材料和转换材料。
通过在第一电荷传输层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
并且，将上转换发光材料和/或下转换发光材料与电荷传输层材料相结合可在不影响电池本征结构性能的同时实现太阳光谱利用率的提高，大幅提高器件性能。
也即，相比分别设置上转换层和/或下转换层，以及电荷传输层，一方面多层结构的设置增加了工艺复杂度，需要增加制膜工序，另一方面增加了异质界面，提高了载流子传输路径上的阻力，包括寄生电阻与界面缺陷的影响，进而降低器件光电转换性能。本申请提出的光转换层（上转换发光材料和/或下转换发光材料与电荷传输层材料相结合），能够避免上述两个问题，在不改变电池原有物理结构的基础上提高太阳光谱的利用率。
一种钙钛矿太阳能电池光伏原理，太阳光从透明导电玻璃入射进入器件内部，经过电子传输层到达钙钛矿活性层并被其吸收，激发价带中的电子产生光生空穴和电子对，在内建电场作用下空穴和电子发生电荷分离，光生电子迁移到电子传输层而后被电极收集；同时，钙钛矿层中的空穴则传输到空穴传输层而后传导到电极上。电子和空穴随后经由外电路驱动负载工作。
在一实施例中，转换材料的质量占光转换层材料总质量的范围值包括1%至75 %。
转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，通过将转换材料与电荷传输材料混合，得到具有电荷传输功能和光转换功能的光转换层，可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。
可以理解的是，光转换层不仅通过其中的转换材料实现提高太阳光谱的利用率，还通过电荷传输材料实现传输电荷的功能，也即，电荷传输材料和转换材料的用量要兼顾，要避免光转换层中电荷传输材料用量过低，以免降低光电转换效率，可以理解的是，光电转化效率，电池器件在光照下工作输出的总功率与入射光功率的比值，若是光转换层中电荷传输材料用量过低，则通过光转换层传递电子或空穴的能力下降，光电转化效率下降。也要避免光转换层中转换材料用量过低，以免太阳光谱的利用率改善不明显，为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，转换材料的质量占光转换层材料总质量的范围值包括1%至75 %。
上述1%至75 %中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及1%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%、75 %等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
在一实施例中，转换材料的质量占电荷传输层材料总质量的范围值包括25 %至60%。
转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，通过将转换材料引入光转换层可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。
可以理解的是，光转换层中可以是上转换发光材料与电荷传输层材料的混合，也可以是下转换发光材料与电荷传输层材料的混合，还可以是上转换发光材料、下转换发光材料与电荷传输层材料的混合。
为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，转换材料的质量占光转换层材料总质量的范围值包括25 %至60%。
上述25 %至60%中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及25 %、26 %、28%、30%、35 %、40 %、45 %、50 %、55 %、60%等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
在一实施例中，电荷传输层的厚度范围值包括30nm至60nm。
在材料相同的情况下，光转换层的厚度会影响太阳能电池的能量转换效率。为了使太阳能电池具有合适的能量转换效率，光转换层的厚度范围值包括30nm至60nm。
上述30nm至60nm中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
在一实施例中，光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。
为了使太阳能电池具有合适的能量转换效率，光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。
上述40nm至50nm中，取值包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值，具体示例包括但不限于实施例中的点值以及40nm、42nm、44nm、45nm、47nm、49nm、50nm等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
在一实施例中，光转换层包括电荷传输材料、上转换发光材料和下转换发光材料，上转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；下转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；电荷传输材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。
转换材料包括上转换发光材料和下转换发光材料，通过将转换材料与电荷传输材料混合，得到具有电荷传输功能和光转换功能的光转换层，光转换层可以提高太阳能电池对太阳光谱的利用率。为了平衡太阳光谱的利用率以及光电转换效率，上转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；下转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；电荷传输材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。
上转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%，包括0.5%、1%、5%、10%、15%、20%、25%等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
下转换发光材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%，包括0.5%、5%、10%、15%、20%、25%等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
电荷传输材料的质量占光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%，包括50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、99%等，以及上述任意两个点值之间的范围值。
在一实施例中，转换材料包括上转换发光材料，上转换发光材料包括有机化合物或无机化合物中的至少一种。
本申请中并不对上转换发光材料的类型做限定，满足上转换发光材料能提高太阳光谱的利用率即可，例如可以是有机化合物和/或无机化合物。
在一实施例中，有机化合物包括4CzIPN、硫杂蒽酮、三苯胺中的至少一种；和/或，无机化合物包括NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4以及由Yb、Er、Tm、Eu、Sm、Bi和Ho稀土元素中一种或多种掺杂的NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4中的至少一种。
本申请中并不对上转换发光材料的类型做限定，满足上转换发光材料能提高太阳光谱的利用率即可，例如，上转换发光材料包括NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4、4CzIPN、以及由稀土元素掺杂的NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4、硫杂蒽酮及其衍生物、三苯胺及其衍生物中的至少一种，上述列出的上转换发光材料仅为示例，本申请中的上转换发光材料还可以是包括除上述以外的材料。
在一实施例中，转换材料包括下转换发光材料，下转换发光材料包括荧光材料和/或磷光材料。
荧光材料，是在紫外光照射下，依颜料中金属和活化剂种类、含量的不同，而呈现出各种颜色的可见光。
磷光材料，在电磁辐射和离子射线激发下能发出磷光的材料。磷光是一种缓慢发光的光致冷发光现象。当某种常温物质经某种波长的入射光(通常是紫外线或X射线)照射，吸收光能后进入激发态(通常具有和基态不同的自旋多重度)，然后缓慢地退激发并发出比入射光的波长长的出射光(通常波长在可见光波段)。
在一实施例中，下转换发光材料包括荧光材料，荧光材料包括核黄素、荧光素类化合物、罗丹明类化合物、藻红蛋白、铱配合物、稀土元素配合物、聚芴类化合物、香豆素类化合物、萘酰亚胺类化合物、多并苯类化合物、氟硼二吡咯类化合物、试卤灵类化合物、吡唑啉类化合物、三苯胺类化合物、咔唑类化合物、绿色荧光蛋白、二胺类荧光化合物、钙钛矿发光纳米材料、热活化延迟荧光类化合物中的至少一种；和/或，下转换发光材料包括磷光材料，磷光材料包括基质，基质包括第Ⅱ族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐中的至少一种；和/或，下转换发光材料包括磷光材料，磷光材料包括基质和激活剂，激活剂包括重金属。
本申请中对下转换发光材料的类型并不做限定，可以是本申请中提到的也可以是本申请中未提到的材料，能满足吸收短波段（高能量）的光子并转换成吸光层能够有效吸收的可见光波段即可，例如，下转换发光材料包括荧光和/或磷光材料；荧光材料包括核黄素、荧光素类化合物（包括异硫氰酸荧光素）、罗丹明类化合物（包括四乙基罗丹明、四甲基异硫氰酸罗丹明）、藻红蛋白、铱配合物、稀土元素配合物（包括三价稀土镧系元素的螯合物）、聚芴类化合物、香豆素类化合物、萘酰亚胺类化合物、多并苯类化合物（包括三并苯、四并苯）、氟硼二吡咯类化合物、试卤灵类化合物、吡唑啉类化合物、三苯胺类化合物、咔唑类化合物、绿色荧光蛋白、二胺类荧光化合物、钙钛矿发光纳米材料、热活化延迟荧光类化合物（包括2,3,5,6-四(9-咔唑基)-对苯二腈(4CzTPN)）中的至少一种。
磷光材料包括基质和激活剂，基质包括第Ⅱ族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐中的至少一种，激活剂包括重金属。例如基质包括ZnS、BaS、CaS、CaWO3、Ca3(PO4)2、Zn2SiO4、Y3SiO3。用作激活剂的重金属包括Au、Cu、Mn、Ag、Bi、Pb和稀土金属等。
热活化延迟荧光（TADF）类化合物，热扰动下激子完全能够从三线态再回到单线态而发射荧光，叫TADF（Thermally activated delayed fluorescence）。
其主要发光机制是TADF材料单重态与三重态的能差较小，小的能差有利于三重态激子通过有效的反系间窜越过程到达单重态形成单重态激子进而产生辐射跃迁发光。
在一实施例中，电荷传输材料包括电子传输材料或空穴传输材料。
电子传输材料，具有传输电子的功能，用来将电子传输到相应的电极，并阻止电子向相反方向扩散。
空穴传输材料，具有传输空穴的功能，用来将空穴传输到相应的电极，并阻止空穴向相反方向扩散。
在一实施例中，电子传输材料包括酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、半导体材料氧化物、钛酸盐、氟化物中的至少一种。
在一实施例中，酰亚胺类化合物包括邻苯二甲酰亚胺、琥珀酰亚胺、N-溴代琥珀酰亚胺、戊二酰亚胺或马来酰亚胺中的至少一种；和/或，醌类化合物包括苯醌、萘醌、菲醌或蒽醌中的至少一种；和/或，富勒烯及其衍生物包括C60、PCBM（[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯）中的至少一种；和/或，金属氧化物中金属元素包括Mg、Cd、Zn、In、Pb、W、Sb、Bi、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga和Cr中的至少一种；和/或，半导体材料氧化物包括氧化硅；和/或，钛酸盐包括钛酸锶、钛酸钙中的至少一种；和/或，氟化物包括氟化锂、氟化钙中的至少一种。
电子传输材料具有传输电子的功能，用来将电子传输到相应的电极，并阻止电子向相反方向扩散。本申请并不对电子传输材料做限定，可以是上述列出的任一种或多种材料，也可以是本申请中以外的材料。
例如，电子传输材料包括但不限于酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、氧化硅、钛酸锶、钛酸钙、氟化锂和氟化钙中的至少一种，其中金属氧化物中金属元素包括Mg、Cd、Zn、In、Pb、W、Sb、Bi、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga和Cr中的至少之一。
在一实施例中，空穴传输材料包括,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中金属氧化物中金属元素包括Ni、Mo和Cu中的至少一种。
空穴传输材料具有传输空穴的功能，用来将空穴传输到相应的电极，并阻止空穴向相反方向扩散。本申请并不对空穴传输材料做限定，可以是上述列出的任一种或多种材料，也可以是本申请中以外的材料。
例如，空穴传输材料包括但不限于2,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中金属氧化物中金属元素包括Ni、Mo和Cu中的至少一种。
在一实施例中，本申请还提供一种太阳能电池，太阳能电池包括上述的光转换层。
由于光转换层采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
采用包括有上述光转换层的太阳能电池，在光转换层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
在一实施例中，沿第一方向，太阳能电池依次包括上电极、第一电荷传输层、吸光层、第二电荷传输层、下电极；第一电荷传输层包括如上述的光转换层，第一电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的一种；第二电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的另一种。
电极，电极的主要作用是从电荷传输层收集电子/空穴。
吸光层，吸光层中包括吸光材料，具有光电转换功能的材料，吸光材料吸收太阳光的光子产生激发，激发价带中的电子产生光生空穴和电子对。
如图1所示，一实施例的太阳能电池的结构示意图，从上至下，太阳能电池依次包括上电极1、第一电荷传输层2、吸光层3、第二电荷传输层4、下电极5；在第一电荷传输层中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，可以吸收长波段（低能量）和/或短波段（高能量）的光子，并转换成吸光层能够吸收的波段，有利于提高太阳光谱的利用率，提高太阳能电池的输出性能。
在一实施例中，上电极和/或下电极的材料包括有机导电材料和/或无机导电材料。
在一实施例中，有机导电材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔中的至少一种；和/或，无机导电材料包括掺杂氟的SnO2透明导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、金属中的至少一种。
本申请中上电极、下电极的材料类型具体不作限定，能实现导电功能即可，可以是有机导电材料，例如导电聚合物（聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔等）；可以是无机导电材料，例如透明导电氧化物（FTO、ITO、AZO等）、金属、碳衍生物等。
FTO导电玻璃为掺杂氟的SnO2透明导电玻璃(SnO2:F)，简称为FTO。ITO导电玻璃是在钠钙基或硅硼基基片玻璃的基础上，利用磁控溅射的方法镀上一层氧化铟锡(俗称ITO)膜加工制作成的。AZO是铝掺杂的氧化锌(ZnO)透明导电玻璃的简称。
在一实施例中，吸光层的材料包括钙钛矿，钙钛矿的结构式为ABX3，其中, A为无机阳离子和/或有机阳离子，B为无机阳离子和/或有机阳离子，X为无机阴离子和/或有机阴离子。
本申请并不对吸光层的材料做限定。优选地，吸光层的材料包括钙钛矿，钙钛矿的结构式为ABX3，其中, A为无机阳离子和/或有机阳离子，B为无机阳离子和/或有机阳离子，X为无机阴离子和/或有机阴离子。
例如，A为无机阳离子，或有机阳离子，或无机阳离子与有机阳离子的混合。B为无机阳离子，或有机阳离子，或无机阳离子与有机阳离子的混合。X为无机阴离子，或有机阴离子，或无机阴离子与有机阴离子的混合。
钙钛矿材料通常为以ABX3结构为主的一大类材料，例如，A位为Cs+、CH3NH2 +与CH2(NH2)+，B位为Pb2+或Sn2+，X为卤素离子Cl-、Br-与I-等，它是由卤化物八面体BX6与A位阳离子在氢键作用下形成的一种立方紧密堆积结构。该结构的有机-无机杂化铅卤钙钛矿具有低成本、可见光内吸收系数高、载流子迁移率高、带隙可调且溶液法易合成等优势。
可以理解的是，组分确定的钙钛矿材料光学带隙固定，无法最大化利用太阳光谱，长波段将直接穿透吸光层，引入上转换发光材料和/或下转换发光材料可以吸收短波段和/或长波段的光子并转换成钙钛矿能够有效吸收的可见光波段，提高太阳光谱的利用率，提高器件电流水平；并且直接将上转换发光材料和/或下转换发光材料集成进第一电荷传输层，可以降低工艺复杂度，减少界面数量，保证器件的本征结构优势。
在一实施例中，上电极、第一电荷传输层、吸光层、第二电荷传输层、下电极的制备方法包括化学浴沉积方法、电化学沉积方法、化学气相沉积方法、物理外延生长方法、热蒸镀共蒸方法、原子层沉积方法、磁控溅射方法、前驱液旋涂方法、前驱液狭缝涂布方法、前驱液刮涂方法、机械压合方法。
在制备太阳能电池的过程中，各层的制备方法不作限定，例如制备方法可以是化学浴沉积方法、电化学沉积方法、化学气相沉积方法、物理外延生长方法、热蒸镀共蒸方法、原子层沉积方法、磁控溅射方法、前驱液旋涂方法、前驱液狭缝涂布方法、前驱液刮涂方法、机械压合方法。
化学浴沉积方法，化学浴沉积是在液相中发生化学反应随后沉积至衬底的技术。
电化学沉积方法，电化学沉积是指在外电场作用下电流通过电解质溶液中正负离子的迁移并在电极上发生得失电子的氧化还原反应而形成镀层的技术。
化学气相沉积方法，是利用气态或蒸汽态的物质在气相或气固界面上发生反应生成固态沉积物的过程。
物理外延生长方法，外延生长是指在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。
原子层沉积方法，是一种在气相中使用连续化学反应的薄膜形成技术。
磁控溅射方法，氩离子被阴极加速并轰击阴极靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜。
前驱液旋涂方法，旋转涂抹法的简称，主要有设备为匀胶机，旋涂法包括:配料，高速旋转，挥发成膜三个步骤，通过控制匀胶的时间，转速，滴液量以及所用溶液的浓度、粘度来控制成膜的厚度。
前驱液狭缝涂布方法，是一种在一定压力下，将涂液沿着模具缝隙压出并转移到移动基材上的一种涂布技术。
前驱液刮涂方法，采用刮刀进行涂装以制得厚涂膜的一种涂装方法。
例如，一种电荷传输层的制备方法，将电荷传输材料和转换材料溶解在溶剂中，得到电荷传输层浆料；将电荷传输层浆料采用旋转涂抹法涂覆至上电极；烘干，得到预设厚度的电荷传输层。
在一实施例中，本申请还提供一种用电装置，用电装置包括如上述的太阳能电池。
由于太阳能电池采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
实施例
实施例1
1）将规格为2.0 cm×2.0 cm的FTO导电玻璃表面依次用丙酮和异丙醇清洗2次，浸入去离子水中超声处理10 min，再在鼓风干燥箱中干燥后，放置在手套箱中（N2氛围），将其作为上电极。
2）制备下转换-电荷（电子）传输层：以4000rpm~6500 rpm在FTO层上旋涂1 wt.%四乙基罗丹明与3wt.% SnO2纳米胶体的混合水溶液，之后在恒温热台上以150℃加热15min，厚度为40 nm。
3）制备钙钛矿层（吸光层）：以3000rpm~4500 rpm的速度在所得到的电子传输层上旋涂浓度为1.5 mol/L的FAPbI3的DMF溶液，之后移至恒温热台上，以100℃加热30 min，冷却至室温后，形成钙钛矿层，厚度为500 nm。
4）制备第二电荷传输层：以3000rpm~4000 rpm的速度在钙钛矿层上旋涂浓度为73mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，厚度为150 nm。
5）制备Ag电极（下电极）：将前述样品放入真空镀膜机，在5×10-4Pa的真空条件下所得到的空穴传输层表面蒸镀Ag电极，蒸镀速率0.1埃/s，Ag电极厚度为80 nm。
由此得到实施例1的钙钛矿太阳能电池。
实施例2至实施例11，在实施例1的基础上，调整参数下转换发光材料的类型及占比、上转换发光材料、电荷传输层厚度，得到实施例2至实施例11。
对比例1，上电极、钙钛矿层、第二电荷传输层和下电极制备同实施例1。
制备第一电荷（电子）传输层：以4000rpm~6500 rpm在FTO层上旋涂3wt.% SnO2纳米胶体的混合水溶液，之后在恒温热台上以150℃加热15min，厚度为40 nm。
由此得到对比例1的钙钛矿太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池的性能测试
对实施例和对比例的钙钛矿光伏电池进行性能测试。
具体而言，对各实施例和对比例的钙钛矿电池测定能量转换效率。大气环境下，太阳光模拟光源使用AM1.5G标准光源，使用四通道数字源表（Keithley 2440）测量光源照射下电池的伏安特性曲线，得到电池的开路电压Voc、短路电流密度Jsc、填充因子FF（FillFactor），由此计算电池的能量转换效率Eff（Efficiency）。可以理解的是，在太阳能电池中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料，有利于提高太阳光谱的利用率，提高光生电流，进而提高能量转换效率。
能量转换效率如下计算：Eff = Pout/Popt
= Voc×Jsc×(Vmpp×Jmpp)/(Voc×Jsc)
= Voc×Jsc×FF
其中Pout、Popt、Vmpp、Jmpp分别为电池工作输出功率、入射光功率、电池最大功率点电压及最大功率点电流。
将结果记于表1。
表1 实验数据列表
实施例12
1）将规格为2.0 cm×2.0 cm的FTO导电玻璃表面依次用丙酮和异丙醇清洗2次，浸入去离子水中超声处理10 min，再在鼓风干燥箱中干燥后，放置在手套箱中（N2氛围），将其作为上电极。
2）光转换层：以4000rpm~6500 rpm在FTO层的一侧上旋涂1 wt.%的四乙基罗丹明和1 wt.%的NaYF4混合水溶液，之后在恒温热台上以150℃加热15min，厚度为40 nm。
3）制备电荷（电子）传输层：以4000rpm~6500 rpm在FTO层上旋涂3wt.% SnO2纳米胶体的混合水溶液，之后在恒温热台上以150℃加热15min，厚度为40 nm。
4）制备钙钛矿层（吸光层）：以3000rpm~4500 rpm的速度在所得到的电子传输层上旋涂浓度为1.5 mol/L的FAPbI3的DMF溶液，之后移至恒温热台上，以100℃加热30 min，冷却至室温后，形成钙钛矿层，厚度为500 nm。
5）制备第二电荷传输层：以3000rpm~4000 rpm的速度在钙钛矿层上旋涂浓度为73mg/mL的Spiro-OMeTAD的氯苯溶液，厚度为150 nm。
6）制备Ag电极（下电极）：将前述样品放入真空镀膜机，在5×10-4Pa的真空条件下所得到的空穴传输层表面蒸镀Ag电极，蒸镀速率0.1埃/s，Ag电极厚度为80 nm。
由此得到实施例12的钙钛矿太阳能电池。
实施例13，在实施例12的基础上，将光转换层设于上电极与第一电荷传输层之间。
实施例14，在实施例12的基础上，将光转换层设于第一电荷传输层与吸光层之间。
表2实验数据列表
实施例15，在实施例12的基础上，不实施步骤2），在上电极中添加上转换发光材料和下转换发光材料。
表3实验数据列表
从表1至表3中可以看出，在太阳能电池中引入上转换发光材料和/或下转换发光材料后，太阳能电池的能量转换效率得到改善。
上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (23)
1.一种光转换层，其特征在于，应用于太阳能电池，所述光转换层包括转换材料，所述转换材料包括上转换发光材料和/或下转换发光材料，所述光转换层设于所述太阳能电池吸光层的入光侧。
2.如权利要求1所述的光转换层，其特征在于，所述太阳能电池包括上电极，所述光转换层设于所述上电极的表面；
和/或，所述太阳能电池包括上电极和第一电荷传输层，所述光转换层设于所述上电极与所述第一电荷传输层之间；
和/或，所述太阳能电池包括第一电荷传输层和吸光层，所述光转换层设于所述第一电荷传输层与所述吸光层之间。
3.如权利要求1所述的光转换层，其特征在于，所述太阳能电池包括上电极，所述光转换层为上电极，所述光转换层包括上电极材料和所述转换材料。
4.如权利要求1所述的光转换层，其特征在于，所述太阳能电池包括第一电荷传输层，所述光转换层为第一电荷传输层，所述光转换层包括电荷传输材料和所述转换材料。
5.如权利要求4所述的光转换层，其特征在于，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括1%至75 %。
6.如权利要求5所述的光转换层，其特征在于，所述转换材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值包括25 %至60%。
7.如权利要求1至6中任一项所述的光转换层，其特征在于，所述光转换层的厚度范围值包括30nm至60nm。
8.如权利要求7所述的光转换层，其特征在于，所述光转换层的厚度范围值包括40nm至50nm。
9.如权利要求4至6中任一项所述的光转换层，其特征在于，所述光转换层包括所述电荷传输材料、所述上转换发光材料和所述下转换发光材料，所述上转换发光材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；
所述下转换发光材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于0，小于等于25%；
所述电荷传输材料的质量占所述光转换层材料总质量的范围值为大于等于50%，小于100%。
10.如权利要求1至6、8中任一项所述的光转换层，其特征在于，所述转换材料包括上转换发光材料，所述上转换发光材料包括有机化合物或无机化合物中的至少一种。
11.如权利要求10所述的光转换层，其特征在于，所述有机化合物包括4CzIPN、硫杂蒽酮、三苯胺中的至少一种；
和/或，所述无机化合物包括NaYF4、NaLuF4、NaGdF4、NaYbF4、NaYGd、NaYLu、NaYNd、NaGd(WO4)2、LiErF、BaYF5、BaLuF5、BaGdF5、BaYb2F、CaS、LiLa(MoO4)2、Gd2O3、ZrYO、YAlO3、CaWO4以及由Yb、Er、Tm、Eu、Sm、Bi和Ho稀土元素中一种或多种掺杂的所述NaYF4、所述NaLuF4、所述NaGdF4、所述NaYbF4、所述NaYGd、所述NaYLu、所述NaYNd、所述NaGd(WO4)2、所述LiErF、所述BaYF5、所述BaLuF5、所述BaGdF5、所述BaYb2F、所述CaS、所述LiLa(MoO4)2、所述Gd2O3、所述ZrYO、所述YAlO3、所述CaWO4中的至少一种。
12.如权利要求1至6、8、11中任一项所述的光转换层，其特征在于，所述转换材料包括下转换发光材料，所述下转换发光材料包括荧光材料和/或磷光材料。
13.如权利要求12所述的光转换层，其特征在于，所述下转换发光材料包括荧光材料，所述荧光材料包括核黄素、荧光素类化合物、罗丹明类化合物、藻红蛋白、铱配合物、稀土元素配合物、聚芴类化合物、香豆素类化合物、萘酰亚胺类化合物、多并苯类化合物、氟硼二吡咯类化合物、试卤灵类化合物、吡唑啉类化合物、三苯胺类化合物、咔唑类化合物、绿色荧光蛋白、二胺类荧光化合物、钙钛矿发光纳米材料、热活化延迟荧光类化合物中的至少一种；
和/或，所述下转换发光材料包括磷光材料，所述磷光材料包括基质，所述基质包括第Ⅱ族金属的硫化物、氧化物、硒化物、氟化物、磷酸盐、硅酸盐和钨酸盐中的至少一种；
和/或，所述下转换发光材料包括磷光材料，所述磷光材料包括基质和激活剂，所述激活剂包括重金属。
14.如权利要求4至6中任一项所述的光转换层，其特征在于，所述电荷传输材料包括电子传输材料或空穴传输材料。
15.如权利要求14所述的光转换层，其特征在于，所述电子传输材料包括酰亚胺类化合物、醌类化合物、富勒烯及其衍生物、金属氧化物、半导体材料氧化物、钛酸盐、氟化物中的至少一种。
16.如权利要求15所述的光转换层，其特征在于，所述酰亚胺类化合物包括邻苯二甲酰亚胺、琥珀酰亚胺、N-溴代琥珀酰亚胺、戊二酰亚胺或马来酰亚胺中的至少一种；
和/或，所述醌类化合物包括苯醌、萘醌、菲醌或蒽醌中的至少一种；
和/或，所述富勒烯及其衍生物包括C60、PCBM中的至少一种；
和/或，所述金属氧化物中金属元素包括Mg、Cd、Zn、In、Pb、W、Sb、Bi、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga和Cr中的至少一种；
和/或，所述半导体材料氧化物包括氧化硅；
和/或，所述钛酸盐包括钛酸锶、钛酸钙中的至少一种；
和/或，所述氟化物包括氟化锂、氟化钙中的至少一种。
17.如权利要求14所述的光转换层，其特征在于，所述空穴传输材料包括,2',7,7'-四(N,N-对甲氧苯胺基)-9,9'-螺二芴、甲氧基三苯胺-氟代甲脒、聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚苯乙烯磺酸、聚3-已基噻吩、三蝶烯为核的三苯胺、3,4-乙烯二氧噻吩-甲氧基三苯胺、N-(4-苯胺)咔唑-螺双芴、聚噻吩、磷酸基单分子、咔唑基单分子、磺酸基单分子、三苯胺基单分子、芳香基单分子、金属氧化物和硫氰酸亚铜中的至少之一，其中所述金属氧化物中金属元素包括Ni、Mo和Cu中的至少一种。
18.一种太阳能电池，其特征在于，所述太阳能电池包括权利要求1至17中任一项所述的光转换层。
19.如权利要求18所述的太阳能电池，其特征在于，沿第一方向，所述太阳能电池依次包括上电极、第一电荷传输层、吸光层、第二电荷传输层、下电极；
所述第一电荷传输层包括如权利要求1至17中任一项所述的光转换层，所述第一电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的一种；
所述第二电荷传输层中的电荷传输材料包括电子传输材料和空穴传输材料中的另一种。
20.如权利要求19所述的太阳能电池，其特征在于，所述上电极和/或所述下电极的材料包括有机导电材料和/或无机导电材料。
21.如权利要求20所述的太阳能电池，其特征在于，所述有机导电材料包括聚(3,4-乙烯二氧噻吩)、聚噻吩、聚乙炔中的至少一种；
和/或，所述无机导电材料包括掺杂氟的SnO2透明导电玻璃、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃、金属中的至少一种。
22.如权利要求19或21所述的太阳能电池，其特征在于，所述吸光层的材料包括钙钛矿，所述钙钛矿的结构式为ABX3，其中, A为无机阳离子和/或有机阳离子，B为无机阳离子和/或有机阳离子，X为无机阴离子和/或有机阴离子。
23.一种用电装置，其特征在于，所述用电装置包括如权利要求18至22中任一项所述的太阳能电池。
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