CN118216230A - 钙钛矿基半透明光伏电池及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中所述钙钛矿光活性层包含至少一种聚丙烯酸，其量相对于钙钛矿前体的总重量为大于或等于3重量％，优选为4重量％至15重量％，更优选为4.5重量％至12重量％。所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来产生电能的各种应用中，例如：建筑一体化光伏(BIPV)；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明工程；设计；广告；汽车工业。所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)既可以以独立模式使用，也可以以模块化系统使用。
Description
技术领域
本发明涉及钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)。
更具体地，本发明涉及钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中光活性钙钛矿层包含至少一种聚丙烯酸，其量相对于钙钛矿前体的总重量为大于或等于3重量％，优选为4重量％至15重量％，更优选为4.5重量％至12重量％。
所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来产生电能的各种应用中，例如：建筑一体化光伏(BIPV)；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明工程；设计；广告；汽车工业。所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)既可以以独立模式使用，也可以以模块化系统使用。
本发明还涉及制备所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)的方法。
众所周知，光伏电池(或太阳能电池)可以用于需要通过利用光能产生电力的各种应用中，例如在建筑一体化光伏(BIPV)中(例如在外立面或屋顶上)、在温室中、或者甚至在汽车行业中以覆盖各种尺寸、特征和用途的车辆。
与大部分努力都致力于优化功率转换效率(PCE)的传统光伏电池(或太阳能电池)相反，在半透明光伏电池(或太阳能电池)中，还必须考虑平均可见光透过率(AVT)，其通常被计算为在400nm至800nm的范围内测量的、不受影响地穿过所述半透明光伏电池(或太阳能电池)的辐射的百分比。
此外，在所述半透明光伏电池(或太阳能电池)中，也考虑了另一个量，即光利用效率(LUE)，其根据以下公式计算：
LUE＝(PCE x AVT)/100
其中：
PCE＝功率转换效率；
AVT＝平均可见光透过率。
当然，通过使用具有高功率转换效率(PCE)但不是很透明的具有低平均可见光透过率(AVT)的高性能光伏电池(或太阳能电池)和使用具有低功率转换效率(PCE)但非常透明的具有高平均可见光透过率(AVT)的低性能光伏电池(或太阳能电池)，都可以获得高数值的光利用效率(LUE)。因此，可能具有真正实际价值的光伏电池(或太阳能电池)必须具有>2％的光利用效率(LUE)，其由>10％的功率转换效率(PCE)和同时>20％的平均可见光透过率(AVT)获得。
最后，必须考虑的涉及传统光伏电池(或太阳能电池)和半透明光伏电池的另一个参数是构造过程的简单性，在将来这可以允许以较低成本将技术扩大规模。
目前，市场上可获得的大多数光伏电池(或太阳能电池)是硅基的(晶体和无定形的两者)。然而，所述光伏电池(或太阳能电池)虽然提供了令人感兴趣的性能，但从美学观点来看并不是很有吸引力，因为不可能调节它们的颜色，因此不是非常适用于建筑一体化光伏(BIPV)，特别是建筑物的外立面。
上述问题中的一些可以通过使用基于有机聚合物(OPV)或基于钙钛矿基晶体材料(PSC)的半透明光伏电池(或太阳能电池)来克服。特别地，对于后一种类型的光伏电池(或太阳能电池)，可以选择颜色并在功率转换效率(PCE)方面和平均可见光透过率(AVT)方面均保持令人感兴趣的特性。为此，近年来，为了优化钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)中的功率转换效率(PCE)和平均可见光透过率(AVT)二者，已经进行了许多研究。
例如，Eperon G.E.等人在“ACS Nano”(2014)，第8卷，第1期，第591-598页中，报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：c-TiO2/钙钛矿([CH3NH3]I+PbCl2；3:1)/Spiro-OMeTAD/Au，用一种特定的配置获得等于3.5％的功率转换效率(PCE)和等于26.8％的平均可见光透过率(AVT)，而用另一种配置获得6.9％的功率转换效率(PCE)和9.7％的平均可见光透过率(AVT)。然而，据信构造过程可能非常复杂，并且几乎不适合用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段，因为它涉及在500℃下的退火步骤以获得致密的c-TiO2层，并且此外作者获得了通过沉积带有岛的钙钛矿活性层而制备的各种器件的半透明性，即，在活性区域内有存在钙钛矿材料的区域与不存在钙钛矿材料的区域交替。这种特殊的配置是通过非常精确地调节所有沉积参数来实现的：钙钛矿组分([CH3NH3]I/PbCl2)之间使用非化学计量比，使用各种溶剂(二甲基亚砜、二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮)改变液相的蒸气压，改变退火温度(90℃-130℃)，和改变退火气氛中的氧气和湿度含量。
Aharon S.等人在“Advanced Materials Interfaces”(2015)，第2卷https:// doi.org/10.1002/admi.201500118中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：c-TiO2/meso-TiO2/CH3NH3PbI3/Spiro-OMeTAD/Au，获得的最好结果为4.98％的功率转换效率(PCE)和19％的平均可见光透过率(AVT)。此外，在这种情况下，据信构造过程可能非常复杂，并且难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段，因为它包括在450℃-500℃下的三个退火步骤以获得c-TiO2层和meso-TiO2层，此外，借助于通过可变尺寸的网格的丝网印刷沉积活性钙钛矿基层，并借助于控制前体溶液的浓度、溶剂的蒸发速度、添加组分以改变润湿性和环境湿度，来获得并调节半透明性。
Jung J.W.等人在“Advanced Energy Materials”(2015),第5卷,第17期，1500486中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：CuSCN/CH3NH3PbI3/PCBM/Ag，获得约10％的功率转换效率(PCE)和大于或等于25％的平均可见光透过率(AVT)。然而，平均可见光透过率(AVT)肯定被高估了，因为作者在300nm至850nm之间的范围内测量它。此外，通过包括添加非溶剂(即甲苯)以调节晶体生长的工艺沉积钙钛矿光活性层(CH3NH3PbI3)。所述方法不容易在实验室规模上实施，并且可能是结果的相当大的不可再现性的来源，此外，据信其不适合用于构造大面积半透明光伏电池(太阳能电池)的扩大规模阶段。
Chang C.-Y.等人在“Chemistry of Materials”(2015),第27卷,第7119-7127页中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PC61BM/Ag，使用基于用硫醇基团改性的烷基铵盐的特殊阴极缓冲层，并使用超薄银层作为电极，获得等于11.8％的功率转换效率(PCE)和等于20.8％的平均可见光透过率(AVT)(在350nm至800nm的范围内测量)。通过两步法获得钙钛矿光活性层，其中沉积碘化铅(PbI2)在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液的第一层，然后沉积甲基碘化胺[(CH3NH3)I]在二甲基甲酰胺(DMF)中的溶液的第二层。同样在这种情况下，据信获得钙钛矿光活性层的过程可能是不可再现性的来源，并且难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段。
Kwon H.-C.等人在“Advanced Energy Materials”(2016),第6卷,第20期1601055中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PC61BM/Ag ct:c-TiO2/AAO+钙钛矿([CH3NH3]I+PbCl2；3:1)/Spiro-OMeTAD/MoOx-ITO，获得等于9.6％的功率转换效率(PCE)和等于33.4％的平均可见光透过率(AVT)(在350nm至780nm的范围内测量)。同样在这种情况下，据信构造过程可能非常复杂，并且难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(太阳能电池)的扩大规模阶段，因为它包括在500℃下的退火步骤以获得致密的c-TiO2层，随后的铝蒸发必须经历阳极氧化过程，该阳极氧化过程导致形成具有受控尺寸的孔的氧化铝模板(AAO)，在该孔内引入钙钛矿光活性层。此外，鉴于测量范围的宽度，平均可见光透过率(AVT)似乎被大大高估了。
Bag S.等人在“Nano Energy”(2016),第30卷,第542-548页中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：PEDOT:PSS/CH3NH3PbI3/PC71BM/Ag，获得等于8.2％的功率转换效率(PCE)和等于34％的平均可见光透过率(AVT)(在400nm至800nm的范围内测量)。同样在这种情况下，据信包括以下的构造过程可能非常复杂并且难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段：分两步沉积钙钛矿光活性层，此外，为了实现所述性能，在PEDOT层:PSS上蒸发沉积非常薄的硫脲层(约5nm)以及在PC71BM层上蒸发沉积非常薄的富勒烯(C60)层。
Xue Q.等人在“Advanced Energy Materials”(2017),第7卷,第9期，第1602333中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：NiO-DEA/CH3NH3PbI3/C60CH2Ind/PN4N/Ag，获得等于11％的功率转换效率(PCE)和等于25.6％的平均可见光透过率(AVT)(在380nm至780nm的范围内测量)。同样在这种情况下，据信包括以下的构造过程可能非常复杂并且难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段：分两步沉积钙钛矿光活性层以及添加非溶剂(即甲苯)，此外，为了实现所述性能，在NiO层顶上沉积非常薄的单分子二乙胺(DEA)层，所述NiO层通过在500℃下退火来获得，以及在C60CH2Ind层上沉积非常薄的用胺基官能化的聚合物(PN4N)层(5nm)。
Cho S.-P.等人在“Solar Energy Materials and Solar Cells”(2019),第196卷,第1-8页中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：NiO/CH3NH3PbI3/PCBM/PEIE/Cu，获得等于8.2％的功率转换效率(PCE)和等于22％的平均可见光透过率(AVT)(在300nm至1000nm的范围内测量，并因此被高估了)。然而，即使构造过程包括使用2-甲氧基乙醇作为溶剂在单个步骤中沉积钙钛矿光活性层，但是由于NiO层是通过在350℃下退火而获得的，因此它难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段。
Zuo L.等人在“Advanced Materials”(2019),第31卷,第36期1901683中报道了具有以下布置的钙钛矿基半透明太阳能电池的制造：NiO/PSS/FAPbBrxCl3-x/PC61BM/ZnOnp/ITO溅射，获得等于7.5％的功率转换效率(PCE)和等于68％的平均可见光透过率(AVT)(在350nm至1000nm的范围内测量，并因此被高估了)。同样在这种情况下，据信包括分两步沉积钙钛矿光活性层和通过溅射沉积作为反电极的ITO的构造过程难以用在用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段。
还已知将基于聚丙烯酸的聚合物添加到钙钛矿基光伏电池(或太阳能电池)的光活性钙钛矿层中。
例如，Zuo L.等人在“Science Advances”(2017)，第3卷,e1700106,DOI:10.1126/sciadv.1700106中报道了基于添加包括聚丙烯酸在内的各种聚合物改性的钙钛矿的太阳能电池。作者认为，由于所用聚合物中存在的基团(在聚丙烯酸的情况下为-COOH基团)与钙钛矿的前体[即碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(CH3NH3I)]之间的强相互作用，不可能通过传统的一步或两步沉积方法获得均匀的光活性材料膜(即均匀的光活化层)。为了解决这个问题，已经开发了一种相互扩散方法，该方法提供了在通过旋涂进行的第一次沉积之后通过缓慢生长过程实现的碘化铅(PbI2)的第一介孔层的形成，随后碘化铅(PbI2)介孔层用甲基碘化铵(CH3NH3I)的溶液或用异丙醇中的甲基碘化铵(CH3NH3I)和甲基氯化铵(CH3NH3Cl)的混合物进行处理，以容纳所需量的聚合物(例如聚丙烯酸)。以这种方式，获得了钙钛矿的结晶，其在聚合物(例如聚丙烯酸)存在的情况下发生，决定了所述聚合物(例如聚丙烯酸)在晶体结构内的存在。然而，所述方法不允许确定钙钛矿光活性层内聚合物(例如聚丙烯酸)的确切量。由此获得的钙钛矿基太阳能电池具有＞19％的功率转换效率(PCE)。然而，同样在这种情况下，据信光活性层的特定构造过程难以用于扩大规模阶段。此外，没有提及所获得的钙钛矿基太阳能电池的平均可见光透过率(AVT)。
Li N.等人在“Journal of Power Sources”(2019)，第426卷，第188-196页中报道了钙钛矿基太阳能电池的制造，其中将聚丙烯酸以非常低的浓度添加到钙钛矿前体[即碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(CH3NH3I)]在二甲基甲酰胺中的溶液中，所述浓度相对于所述钙钛矿前体的总重量[即碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(CH3NH3I)]在0.32重量％至1.27重量％之间。通过Doctor Blade技术在150℃的预热载体上获得光活性层：以此方式，获得具有至高14.9％的功率转换效率(PCE)的钙钛矿基太阳能电池。然而，为了实现这些结果，钙钛矿基太阳能电池还含有氧化镍(NiO)层作为空穴载体，这涉及到在400℃下的退火步骤，这使得光活性层的工艺构造难以用于扩大规模阶段。此外，在这种情况下，也没有提及所获得的钙钛矿基太阳能电池的平均可见光透过率(AVT)。
Fairfield D.J.等人在“Journal of Power Sources”(2019)，第7卷，第1687-1699页中报道了钙钛矿基太阳能电池的制造，其中将聚丙烯酸以相对于所述钙钛矿前体的总重量[即碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(CH3NH3I)]在不超过2.7重量％的浓度添加到钙钛矿前体[即碘化铅(PbI2)和甲基碘化铵(CH3NH3I)]在二甲基甲酰胺:二甲基亚砜(4:1，vol:vol)中的溶液中。光活性层是通过两步工艺获得的：旋涂，然后加入适量的非溶剂，如氯苯或甲苯：同样在这种情况下，据信两步生产工艺很难规模化。此外，通过上述工艺获得的钙钛矿基太阳能电池具有＞8.5％的功率转换效率(PCE)。作者强调了这样一个事实，即通过上述工艺获得的钙钛矿基太阳能电池在黑暗和湿度存在下显示出稳定性的显著提高，但没有提供所获得的钙钛矿基太阳能电池的平均可见光透过率(AVT)的任何暗示。
因此，从上面明显可见钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)以及适合用于构造大面积半透明光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段的构造方法的重要性。
因此，申请人提出了这样的问题，即找到一种钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其能够具有良好的功率转换效率(PCE)和良好的平均可见光透过率-(AVT)(在400nm至800nm的范围内测量)，以及一种适合用于构造大面积半透明光伏电池(太阳能电池)的扩大规模阶段的构造方法。
申请人现已发现了一种钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中钙钛矿光活性层包含至少一种聚丙烯酸，该聚丙烯酸的量相对于钙钛矿前体的总重量大于或等于3重量％，优选在4重量％至15重量％范围内，更优选在4.5重量％至12重量％范围内，该电池能够具有良好的功率转换效率(PCE)(即PCE>10％)以及良好的平均可见光透过率(AVT)(即AVT>20％)(在400nm至800nm的范围内测量)二者，以及发现了一种构造其的方法，该方法包括在不使用非溶剂的情况下并在各层低于120℃的沉积温度下在单一步骤中沉积钙钛矿光活性层。因此所述方法适合用于构造大面积光伏电池(或太阳能电池)的扩大规模阶段。此外，所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)能够保持良好的光电性能，即良好的FF(“填充因子”)、Voc(“开路电压”)、Jsc(“短路光电流密度”)值。所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来产生电能的各种应用中，例如：建筑一体化光伏(BIPV)；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明工程；设计；广告；汽车工业。此外，所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)既可以以独立模式使用，也可以以模块化系统使用。
因此，本发明的主题是钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中钙钛矿光活性层包含至少一种聚丙烯酸，其量相对于钙钛矿前体的总重量为大于或等于3重量％，优选为4重量％至15重量％，更优选为4.5重量％至12重量％。
出于本说明书和权利要求的目的，除非另有说明，否则数值范围的定义总是包括端点。
出于本说明书和以下权利要求的目的，术语“包括”还包括术语“其基本上由…组成”或“其由…组成”。
根据本发明的优选实施方案，所述钙钛矿可以选自例如具有通式ABX3的有机金属三卤化物，其中：
-A代表一价有机阳离子，例如甲基铵(CH3NH3 +)、甲脒[CH(NH2)2 +]、正丁基铵(C4H12NH3 +)、四丁基铵(C16H36N+)或其混合物；或A代表一价无机阳离子，例如铯离子(Cs+)、铷离子(Rb+)、钾离子(K+)、锂离子(Li+)、钠离子(Na+)、铜离子(Cu+)、银离子(Ag+)或其混合物；或其混合物；
-B代表二价金属阳离子，例如铅离子(Pb2+)、锡离子(Sn2+)或其混合物；
-X代表卤素阴离子，例如碘离子(I-)、氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)或其混合物。
根据本发明的另一优选实施方案，所述钙钛矿可以选自例如：甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)、甲基铵溴化铅(CH3NH3PbBr3)、甲基铵氯化铅(CH3NH3PbCl3)、甲基铵碘化溴化铅(CH3NH3PbIxBr3-x)、甲基铵碘化氯化铅(CH3NH3PbIxCl3-x)、甲脒碘化铅[CH(NH2)2PbI3]、甲脒溴化铅[CH(NH2)2PbBr3]、甲脒氯化铅[CH(NH2)2PbCl3]、甲脒碘化溴化铅[CH(NH2)2PbIxBr3-x]、甲脒碘化氯化铅[CH(NH2)2PbIxCl3-x]、甲基铵甲脒碘化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3]、甲基铵甲脒溴化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbBr3]、甲基铵甲脒氯化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbCl3]、甲基铵甲脒碘化氯化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]、甲基铵甲脒碘化溴化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3-yBry]、正丁基铵碘化铅(C4H12NH3PbI3)、四丁基铵碘化铅(C16H36NPbI3)、正丁基铵溴化铅(C4H12NH3PbBr3)、四丁基铵溴化铅(C16H36NPbBr3)、碘化铯铅(CsPbI3)、碘化铷铅(RbPbI3)、碘化钾铅(KPbI3)、甲基铵碘化铯铅[Csx(CH3NH3)1-xPbI3)、甲基铵碘化钾铅[Kx(CH3NH3)1-xPbI3)、甲基铵碘化氯化铯铅[Csx(CH3NH3)1-xPbI3-yCly)、甲脒碘化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbI3]、甲脒溴化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbBr3]、甲脒碘化氯化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]、甲基铵碘化锡(CH3NH3SnI3)、甲基铵溴化锡(CH3NH3SnBr3)、甲基铵碘化溴化锡(CH3NH3SnIxBr3-x)、甲脒碘化锡[CH(NH2)2SnI3]、甲脒碘化溴化锡[CH(NH2)2SnIxBr3-x]、正丁基铵碘化锡(C4H12NH3SnI3)、四丁基铵碘化锡(C16H36NSnI3)、正丁基铵溴化锡(C4H12NH3SnBr3)、四丁基铵溴化锡(C16H36NSnBr3)、甲基铵碘化锡铅(CH3NH3SnxPb1-xI3)、甲脒碘化锡铅[CH(NH2)2SnxPb1-xI3]，或其混合物。优选甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)、甲脒碘化铅[CH(NH2)2PbI3]、甲基铵甲脒碘化氯化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]、甲基铵碘化铯铅[Csx(CH3NH3)1-xPbI3-yCly)、甲脒碘化氯化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]。甚至更优选甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)。
根据本发明的优选实施方案，所述聚丙烯酸具有通式(I)：
其中n是包含在10至60000之间，优选包含在15至15000之间，更优选包含在20至6000之间的整数。
根据本发明的优选实施方案，所述聚丙烯酸可以具有在700Da至4000000Da之间，优选在1000Da至1000000Da之间，更优选在1500Da至40000Da之间的重均分子量(Mw)。
根据本发明的优选实施方案，所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)包括：
-玻璃基板，其覆盖有构成阳极的透明导电氧化物(TCO)层，所述透明导电氧化物通常为氟掺杂氧化锡(SnO2:F)(FTO)或氧化铟锡(ITO)；
-基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)，优选聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)层，或聚[双(4-丁基苯基)双苯基联苯胺](聚TPD)层，或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的混合物层；
-任选地，基于用于改善润湿性的材料的层，优选地聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙基铵-丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]二碘化物(PFN-I)层，或聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙铵-丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN)层；
-光活性层，所述光活性层包括：至少一种钙钛矿，优选甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)[甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3是最常用的结构，因为它在整个UV和可见光谱中具有高吸收系数，等于1.57eV的带隙，接近最大化转换效率的最佳值以及电子和电子空穴(或空穴)的相当大的扩散距离(超过100nm)]；和至少一种聚丙烯酸，优选重均分子量(Mw)在700Da至4000000Da之间，优选在1000Da至1000000Da之间，更优选在1500Da至40000Da之间的聚丙烯酸，甚至更优选重均分子量(Mw)等于1800Da的聚丙烯酸；
-基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)，优选[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)的层；
-任选地，基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)，优选2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Batocupurine-BCP)或乙氧基化的聚乙烯亚胺(PEIE)的层；
-构成阴极的称为背接触(back contact)的金属接触(metallic contact)，优选金、银或金属铝层。
根据本发明的优选实施方案，由所述至少一种钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)产生的电能可以使用与所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)连接的布线系统传输。
如上所述，本发明的另一个目的是一种制备所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)的方法。
因此，本发明的另一个目的是一种制备钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)的方法，其包括以下步骤：
(a)制备覆盖有透明导电氧化物(TCO)层(阳极)的玻璃基板；
(b)在所述步骤(a)中获得的基板上沉积基于空穴传输材料的层(空穴传输层
-HTL)；
(c)任选地，在所述步骤(b)中获得的基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)上沉积基于用于改善润湿性的材料的层；
(d)制备包含钙钛矿前体和至少一种聚丙烯酸的混合物，所述聚丙烯酸以相对于钙钛矿前体的总重量大于或等于3重量％，优选在4重量％至15重量％范围内，更优选在4.5重量％至12重量％范围内的量存在于所述混合物中；
(e)将在所述步骤(d)中获得的混合物沉积在所述步骤(b)中获得的基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)上，或者沉积在所述步骤(c)中获得的基于用于改善润湿性的材料的层上，以获得光活性层；
(f)在所述步骤(e)中获得的光活性层上沉积基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)；
(g)任选地，在所述步骤(f)中获得的基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)上沉积基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)；
(h)在所述步骤(f)中获得的基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)上或在所述步骤(g)中获得的基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)上沉积构成阴极的称为背接触的金属接触；
其中所述步骤(b)、(c)、(e)、(f)和(g)在低于120℃，优选在20℃至115℃范围内的温度下进行。
为了上述方法的目的，所述透明导电氧化物(TCO)、所述基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)、所述基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)、所述基于用于改善润湿性的材料的层、所述基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)和被称为背接触的所述金属接触选自上述所列举的那些。
为了上述方法的目的，所述包含钙钛矿的前体和至少一种聚丙烯酸的混合物包括：
-至少一种卤化物，其选自以上报道的单价有机阳离子或单价无机阳离子的卤化物，优选碘化物、氯化物、溴化物，更优选碘化物[例如，甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)]，和至少一种卤化物，其选自以上报道的二价金属阳离子的卤化物，优选碘化物、氯化物、溴化物，更优选碘化物[例如，碘化铅(PbI2)]，作为钙钛矿前体；
-至少一种聚丙烯酸，优选重均分子量(Mw)在700Da至4000000Da之间，优选在1000Da至1000000Da之间，更优选在1500Da至40000Da之间的聚丙烯酸，甚至更优选重均摩尔量(Mw)等于1800Da的聚丙烯酸。
为了上述方法的目的，所述步骤(b)、(c)、(e)、(f)和(g)可以根据本领域已知的沉积技术进行，例如旋涂、喷涂、喷墨印刷、狭缝式挤压涂布、凹版印刷、丝网印刷。
为了上述方法的目的，所述步骤(h)可以根据本领域已知的技术进行，例如蒸发、阴极粉碎(cathodic pulverisation)、电子束辅助沉积、溅射、旋涂、凹版印刷、柔性版印刷、狭缝式挤压涂布。
如上所提及，所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)可以有利地用于需要通过利用光能，特别是太阳辐射能来产生电能的各种应用中，例如：建筑一体化光伏(BIPV)；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明工程；设计；广告；汽车工业。此外，所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)既可以以独立模式使用，也可以以模块化系统使用。
因此，本发明的另一个目的是所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)在以下中的用途：建筑一体化光伏(BIPV)；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明工程；设计；广告；汽车工业。
现在将参考以下图1通过实施方案更详细地说明本发明。
具体地，图1示出了钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)(1)的截面图，该电池包括以下的层：覆盖有透明导电氧化物(TCO)层(阳极)[例如，氧化铟锡(ITO)或(SnO2:F)(氟掺杂氧化锡-FTO)(2)的玻璃基板(7)；基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)(例如，聚[双(4-苯基(2,4,6-三甲基苯基)胺(PTAA)、聚[双(4-丁基苯基)-二苯基联苯胺](聚TPD)、或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的混合物)(3)；任选地，基于用于改善润湿性的材料的层，[例如，聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙基铵-丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]二碘化物(PFN-I)，或聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙铵-丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN)(未在图1中示出)；光活性层(4)，其包括至少一种钙钛矿[例如，甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)和至少一种聚丙烯酸[例如，重均分子量等于1800Da的聚丙烯酸]；基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)[例如[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)](5a)；基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)[例如，2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Batocuproine-BCP)或乙氧基化聚乙烯亚胺(PEIE)](5b)；被称为背接触的金属接触，其构成阴极[例如，金、银或金属铝的层](6)。
为了更好地理解本发明并将其付诸实践，下文报道了一些说明性且非限制性的实施例。
在以下实施例中，为了更加简便起见，使用术语“太阳能电池”，该术语旨在具有与“光伏电池”相同的含义。
实施例1
钙钛矿基半透明太阳能电池的制备
为此，在涂覆有ITO(“氧化铟锡”)(Kintec KT18086-1)并进行了图案化的玻璃基板(尺寸15×15×1mm；薄层电阻等于12Ω/cm2)上制备钙钛矿基太阳能电池，该玻璃基板已预先进行清洁处理，该清洁处理包括手工清洁，用浸泡在用去离子水稀释的洗涤剂中的无绒布擦拭。然后用去离子水冲洗基板。随后，使用以下顺序方法彻底清洁基板：超声波浴依次在(i)去离子水加洗涤剂(然后用无绒布手动干燥；(ii)蒸馏水[然后用无绒布手动干燥]；(iii)丙酮(Aldrich)和(iv)异丙醇(Aldrick)中进行。具体地，将基板放入含有溶剂的烧杯中，放入超声波浴中，保持在40℃，处理10分钟。在处理(iii)和(iv)之后，用压缩氮气流干燥基板。
随后，通过在臭氧装置(UV臭氧清洁系统EXPO3-Astel)中的处理进一步清洁玻璃/ITO，之后立即进行下一个步骤。
如此处理的基板已准备好用于沉积基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)。为此，通过以等于6000rpm的转速(加速度等于500rpm/s)旋涂操作30秒钟来沉积浓度等于1.5mg/ml的聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基)胺(PTTA)(Aldrich)在甲苯(纯度99,5％-Aldrich)中的溶液，在100℃下对整体进行热处理(退火)10分钟。发现基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)的厚度等于40nm。
将用于改善润湿性的材料沉积在由此获得的基板上。为此目的，通过以等于5000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)旋涂操作40秒，沉积聚[(9,9-双(3'-(N,N-二甲基胺)丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴](PFN)(Aldrich)在甲醇(纯度99.5％-Aldrich)中的浓度为0.1mg/ml的溶液。然后在100℃下对整体进行热处理(退火)5分钟。
随后，将获得的基材放置在干燥的盒子中，并在基于用于改善润湿性的材料的层的顶部上沉积甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)和聚丙烯酸(PAA)层，操作如下。为此，将碘化铅(PbI2)(纯度99.9985％-Alfa Aesar)(350.5mg-0.76mmol)、甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)(GreatCell Solar)(120.8mg-0.76mmol)和聚丙烯酸(PAA)(重均分子量(Mw)＝1800Da(Aldrich)(47.1mg))溶于无水二甲基亚砜(纯度99.9％-Aldrich(1ml)，在80℃温度下搅拌操作3小时，获得含有30重量％的钙钛矿前体和2.9重量％的聚丙烯酸(PAA)的溶液，即相对于其它固体组分(即碘化铅(PbI2)+甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)的总重量为10重量％的丙烯酸(PAA)。由此获得的溶液通过以等于5000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)操作旋涂20秒沉积在所述基于用于改善润湿性的材料的层上，并在100℃下对整体进行热处理(退火)15分钟。发现钙钛矿和聚丙烯酸(PAA)层的厚度为182nm。
由此获得的基板已准备好用于沉积基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)。为此，将[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)(Nano-C产品)(25mg)在无水氯苯(纯度99.8％-Aldrich)(1ml)中的过滤溶液，通过以等于1000rpm的转速(加速度等于500rpm/s)操作旋涂60秒来进行沉积：将获得的基板在室温(25℃)下静置10分钟。发现基于电子传输材料的层(“电子传输层”-HTL)的厚度等于50nm。
由此获得的基板已准备好用于沉积基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)。为此目的，将通过在80℃搅拌3小时的操作获得的2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bathocuproine-BCP)(纯度99.5％-Aldrich)(9mg)在无水异丙醇(纯度99.5％-Aldrich)(18ml)中的溶液，通过以等于6000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)旋涂操作20秒来进行沉积，将获得的基板在室温(25℃)下静置5分钟。发现基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)的厚度为5nm。
随后，通过蒸发将金属铝(Al)中的背接触(阴极)沉积在所述基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)上。为此，使用Kurt J.Lesker蒸发器，在2×10-6mmHg的压力和0.2埃/秒的速度下操作，适当地遮盖太阳能电池的面积，以便获得等于4mm2的有效面积。发现金属铝(Al)中的背接触(阴极)的厚度等于50nm。
通过使用Jeol 7600f扫描电子显微镜(SEM)(配备有场发射电子枪)的扫描电子显微镜测量厚度，在1kV和5kV之间的加速电压下操作，并利用来自二次电子的信号。
在室温(25℃)下进行如此获得的钙钛矿基半透明太阳能电池的电学表征。电流-电压(J-V)密度曲线是用2400数字万用表连接到个人电脑上进行数据采集获得的。通过将太阳能电池暴露于Newport 91160A太阳模拟器(Newport Corp)的光下测量光电流，该模拟器放置在距所述半透明太阳能电池10mm的距离处，配备有300W氙光源，使用等于100mm×100mm的照明光斑：在表1中，将特征参数报告为平均值。
用标准硅太阳能电池(“VLSI标准”-SRC-100-RTD-KG5)校准光强度。
此外，使用UV-vis分光光度计(VarianAU/DN^MS-100s)对所述钙钛矿基半透明太阳能电池进行平均可见光透过率(AVT)的测量(即AVT>20％)，该平均可见光透过率在400nm至800nm之间的范围内测量：对完整的钙钛矿基半透明太阳能电池以及在沉积金属铝(Al)背接触(阴极)之前对钙钛矿基半透明太阳能电池进行测量：在表1中，将获得的结果报告为平均值。
具体地，表1按顺序显示了以下内容：参考实施例的编号；基于钙钛矿和聚丙烯酸(PAA)的光活性层的组成；FF(填充因子)；Voc(开路电压)；Jsc(短路光电流密度)；PCE(功率转换效率)；AVT(平均可见光透过率)(完整的太阳能电池和没有金属铝阴极的太阳能电池)。
实施例2
钙钛矿基半透明太阳能电池的制备
使用与实施例1中报道的相同方法获得钙钛矿基半透明太阳能电池，唯一的区别是使用不同浓度的钙钛矿前体和聚丙烯酸(PAA)。
为此，将碘化铅(PbI2)(纯度99.9985％-Alfa Aesar)(350.5mg-0.76mmol)、甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)(GreatCell Solar)(120.8mg-0.76mmol)和聚丙烯酸(PAA)(重均分子量(Mw)＝1800kDa(Aldrich)(23.6mg))溶于无水二甲基亚砜(纯度99.9％-Aldrich(1ml)，在80℃温度下搅拌操作3小时，获得含有30重量％的钙钛矿前体和1.57重量％的聚丙烯酸(PAA)的溶液，即相对于其它固体组分(即碘化铅(PbI2)+甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)的总重量为5重量％的丙烯酸(PAA)。由此获得的溶液通过以等于12000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)操作旋涂60秒沉积在所述基于用于改善润湿性的材料的层上，并在100℃下对整体进行热处理(退火)60分钟。发现钙钛矿和聚丙烯酸(PAA)层的厚度为101nm。
如上所述进行所获得的钙钛矿基半透明太阳能电池的电学表征：在表1中，将特征参数报告为平均值。
实施例3
钙钛矿基半透明太阳能电池的制备
使用与实施例1中报道的相同方法获得钙钛矿基半透明太阳能电池，唯一的区别是使用不同浓度的钙钛矿前体和聚丙烯酸(PAA)。
为此，将碘化铅(PbI2)(纯度99.9985％-Alfa Aesar)(350.5mg-0.76mmol)、甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)(GreatCell Solar)(120.8mg-0.76mmol)和聚丙烯酸(PAA)(重均分子量(Mw)＝1800Da(Aldrich)(70.6mg))溶于无水二甲基亚砜(纯度99.9％-Aldrich(1ml)，在80℃温度下搅拌操作3小时，获得含有30重量％的钙钛矿前体和4.31重量％的聚丙烯酸(PAA)的溶液，即相对于其它固体组分(即碘化铅(PbI2)+甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)的总重量为15重量％的丙烯酸(PAA)。由此获得的溶液通过以等于12000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)操作旋涂60秒沉积在所述基于用于改善润湿性的材料的层上，并在100℃下对整体进行热处理(退火)60分钟。发现钙钛矿和聚丙烯酸(PAA)层的厚度为208nm。
如上所述进行所获得的半透明太阳能电池的电学表征：在表1中，将特征参数报告为平均值。
实施例4
钙钛矿基半透明太阳能电池的制备
使用与实施例1中报道的相同方法获得钙钛矿基半透明太阳能电池，唯一的区别是使用不同的材料来改善空穴传输层的润湿性。
为此目的，通过以等于5000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)旋涂操作40秒钟，沉积聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙基铵-丙基-2,7-芴]-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]二碘化物(PFN-I)(Aldrich)在甲醇(纯度99.5％-Aldrich)中的浓度为0.1mg/ml的溶液，然后在100℃下对整体进行热处理(退火)5分钟。
如上所述进行所获得的半透明太阳能电池的电学表征：在表1中，将特征参数报告为平均值。
实施例5
钙钛矿基半透明太阳能电池的制备
使用与实施例1中报道的相同方法获得钙钛矿基半透明太阳能电池，唯一的区别是使用不同的空穴传输材料。
为此目的，通过等于4000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)旋涂操作60秒钟，沉积浓度等于1.5mg/ml的聚[双(4-丁基苯基)-联苯基联苯胺](聚-TPD)(Aldrich)在甲苯(纯度99,5％-Aldrich)中的溶液：在110℃下对整体进行热处理(退火)30分钟。发现基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)的厚度等于30nm。
如上所述进行所获得的半透明太阳能电池的电学表征：在表1中，将特征参数报告为平均值。
实施例6
钙钛矿基半透明太阳能电池的制备
使用与实施例1中报道的相同方法获得钙钛矿基半透明太阳能电池，区别是使用不同的空穴传输材料和不同浓度的钙钛矿前体。
为此目的，通过以等于4000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)旋涂操作60秒钟，沉积聚[双(4-丁基苯基)-联苯基联苯胺](聚-TPD)(Aldrich)在氯苯(纯度99.5％-Aldrich)中的浓度等于1.5mg/ml的溶液：在110℃下对整体进行热处理(退火)30分钟。发现基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)的厚度等于30nm。
随后，在沉积了聚[(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN)层之后，通过如下操作沉积甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)和聚丙烯酸(PAA)层。为此，将碘化铅(PbI2)(纯度99.9985％-Alfa Aesar)(447.9mg-0.97mmol)、甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)(GreatCell Solar)(155.1mg-0.97mmol)和聚丙烯酸(PAA)(重均分子量(Mw)＝1800Da(Aldrich)(60.3mg))溶于无水二甲基亚砜(纯度99.9％-Aldrich(1ml)，在80℃温度下搅拌操作3小时，获得含有35重量％的钙钛矿前体和3.4重量％的聚丙烯酸(PAA)的溶液，即相对于其它固体组分(即碘化铅(PbI2)+甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)的总重量为10重量％的丙烯酸(PAA)。通过以等于5000rpm的转速(加速度等于1000rpm/s)旋涂操作60秒，将由此获得的溶液沉积在所述基于用于改善润湿性的材料的层[即聚[(9,9-双(3’-(N,N-二甲基氨基)丙基)-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN)]上，并在100℃下对整体进行热处理(“退火”)15分钟。发现钙钛矿和聚丙烯酸(PAA)层的厚度为210nm。
如上所述进行所获得的半透明太阳能电池的电学表征：在表1中，将特征参数报告为平均值。
表1
(1)：填充因子；
(2)：开路电压；
(3)：短路光电流密度；
(4)：功率转换效率；
(5a)：平均可见光透过率(完整的钙钛矿基半透明太阳能电池)；
(5b)：平均可见光透过率(无金属铝阴极(Al)的完整钙钛矿基半透明太阳能电池)；
(6)：甲基铵碘化铅[(CH3NH3)PbI3][括号中为钙钛矿前体(即碘化铅(PbI2)+甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)的重量％]；
(7)：聚丙烯酸(PAA)(括号中为聚丙烯酸(PAA)相对于其他固体组分[即碘化铅(PbI2)+甲基碘化铵(MAI)(CH3NH3I)]总重量的重量％。
从表1中所报告的数据可以看出，本发明主题的钙钛矿基半透明太阳能电池显示出既具有良好的功率转换效率(PCE)(即PCE>10％)，又具有良好的平均可见光透过率-(AVT)](即AVT>20％)(在400nm至800nm的范围内测量)，所述结果在不负面影响其余的电特性，即FF(填充因子)、Voc(开路电压)；Jsc(短路光电流密度)的值的情况下获得。
Claims (9)
1.钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中钙钛矿层包含至少一种聚丙烯酸，其量相对于钙钛矿前体的总重量为大于或等于3重量％，优选为4重量％至15重量％，更优选为4.5重量％至12重量％。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中所述钙钛矿选自具有通式ABX3的有机金属三卤化物，其中：
-A代表一价有机阳离子，例如甲基铵(CH3NH3 +)、甲脒[CH(NH2)2 +]、正丁基铵(C4H12NH3 +)、四丁基铵(C16H36N+)或其混合物；或A代表一价无机阳离子，例如铯离子(Cs+)、铷离子(Rb+)、钾离子(K+)、锂离子(Li+)、钠离子(Na+)、铜离子(Cu+)、银离子(Ag+)或其混合物；或其混合物；
-B代表二价金属阳离子，例如铅离子(Pb2+)、锡离子(Sn2+)或其混合物；
-X代表卤素阴离子，例如碘离子(I-)、氯离子(Cl-)、溴离子(Br-)，或其混合物。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中所述钙钛矿选自：甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)、甲基铵溴化铅(CH3NH3PbBr3)、甲基铵氯化铅(CH3NH3PbCl3)、甲基铵碘化溴化铅(CH3NH3PbIxBr3-x)、甲基铵碘化氯化铅(CH3NH3PbIxCl3-x)、甲脒碘化铅[CH(NH2)2PbI3]、甲脒溴化铅[CH(NH2)2PbBr3]、甲脒氯化铅[CH(NH2)2PbCl3]、甲脒碘化溴化铅[CH(NH2)2PbIxBr3-x]、甲脒碘化氯化铅[CH(NH2)2PbIxCl3-x]、甲基铵甲脒碘化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3]、甲基铵甲脒溴化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbBr3]、甲基铵甲脒氯化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbCl3]、甲基铵甲脒碘化氯化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1- xPbI3-yCly]、甲基铵甲脒碘化溴化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3-yBry]、正丁基铵碘化铅(C4H12NH3PbI3)、四丁基铵碘化铅(C16H36NPbI3)、正丁基铵溴化铅(C4H12NH3PbBr3)、四丁基铵溴化铅(C16H36NPbBr3)、碘化铯铅(CsPbI3)、碘化铷铅(RbPbI3)、碘化钾铅(KPbI3)、甲基铵碘化铯铅[Csx(CH3NH3)1-xPbI3)、甲基铵碘化钾铅[Kx(CH3NH3)1-xPbI3)、甲基铵碘化氯化铯铅[Csx(CH3NH3)1-xPbI3-yCly)、甲脒碘化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbI3]、甲脒溴化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbBr3]、甲脒碘化氯化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]、甲基铵碘化锡(CH3NH3SnI3)、甲基铵溴化锡(CH3NH3SnBr3)、甲基铵碘化溴化锡(CH3NH3SnIxBr3-x)、甲脒碘化锡[CH(NH2)2SnI3]、甲脒碘化溴化锡[CH(NH2)2SnIxBr3-x]、正丁基铵碘化锡(C4H12NH3SnI3)、四丁基铵碘化锡(C16H36NSnI3)、正丁基铵溴化锡(C4H12NH3SnBr3)、四丁基铵溴化锡(C16H36NSnBr3)、甲基铵碘化锡铅(CH3NH3SnxPb1-xI3)、甲脒碘化锡铅[CH(NH2)2SnxPb1-xI3]，或其混合物；优选地选自甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)、甲脒碘化铅[CH(NH2)2PbI3]、甲基铵甲脒碘化氯化铅[(CH3NH3)x(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]、甲基铵碘化铯铅[Csx(CH3NH3)1-xPbI3-yCly)、甲脒碘化氯化铯铅[Csx(CH(NH2)2)1-xPbI3-yCly]；更优选甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中所述聚丙烯酸具有通式(I)：
其中n是包含在10至60000之间，优选包含在15至15000之间，更优选包含在20至6000之间的整数。
5.根据前述权利要求中任一项所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中所述聚丙烯酸具有在700Da至4000000Da之间，优选在1000Da至1000000Da之间，更优选在1500Da至40000Da之间的重均分子量(Mw)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其包括：
-玻璃基板，其覆盖有构成阳极的透明导电氧化物(TCO)层，所述透明导电氧化物通常为氟掺杂氧化锡(SnO2:F)(FTO)或氧化铟锡(ITO)；
-基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)，优选聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)层，或聚[双(4-丁基苯基)双苯基联苯胺](聚TPD)层，或聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)和聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的混合物层；
-任选地，基于用于改善润湿性的材料的层，优选地聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基(-N-乙基铵-丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)]二碘化物(PFN-I)层，或聚[9,9-双(3'-(N,N-二甲基)-N-乙铵-丙基-2,7-芴)-alt-2,7-(9,9-二辛基芴)](PFN)层；
-光活性层，所述光活性层包括：至少一种钙钛矿，优选甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3)[甲基铵碘化铅(CH3NH3PbI3是最常用的结构，因为它在整个UV和可见光谱中具有高吸收系数，等于1.57eV的带隙，接近最大化转换效率的最佳值以及电子和电子空穴(或空穴)的相当大的扩散距离(超过100nm)]；和至少一种聚丙烯酸，优选重均分子量(Mw)在700Da至4000000Da之间，优选在1000Da至1000000Da之间，更优选在1500Da至40000Da之间的聚丙烯酸，甚至更优选重均分子量(Mw)等于1800Da的聚丙烯酸；
-基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)，优选[6,6]-苯基-C61-丁酸甲酯(PC61BM)的层；
-任选地，基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)，优选2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Batocupurine-BCP)或乙氧基化的聚乙烯亚胺(PEIE)的层；
-构成阴极的称为背接触的金属接触，优选金、银或金属铝层。
7.根据前述权利要求中任一项所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)，其中由所述至少一种钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)产生的电能使用与所述钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)连接的布线系统传输。
8.一种制备钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)的方法，其包括以下步骤：
(a)制备覆盖有透明导电氧化物(TCO)层(阳极)的玻璃基板；
(b)在所述步骤(a)中获得的基板上沉积基于空穴传输材料的层(空穴输层-HTL)；
(c)任选地，在所述步骤(b)中获得的基于空穴传输材料的层(空穴输层-HTL)上沉积基于用于改善润湿性的材料的层；
(d)制备包含钙钛矿前体和至少一种聚丙烯酸的混合物，所述聚丙烯酸以相对于钙钛矿前体的总重量大于或等于3重量％，优选在4重量％至15重量％范围内，更优选在4.5重量％至12重量％范围内的量存在于所述混合物中；
(e)将在所述步骤(d)中获得的混合物沉积在所述步骤(b)中获得的基于空穴传输材料的层(空穴传输层-HTL)上，或者沉积在所述步骤(c)中获得的基于用于改善润湿性的材料的层上，以获得光活性层；
(f)在所述步骤(e)中获得的光活性层上沉积基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)；
(g)任选地，在所述步骤(f)中获得的基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)上沉积基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)；
(h)在所述步骤(f)中获得的基于电子传输材料的层(电子传输层-ETL)上或在所述步骤(g)中获得的基于空穴阻挡材料的层(空穴阻挡层-HBL)上沉积构成阴极的称为背接触的金属接触；
其中所述步骤(b)、(c)、(e)、(f)和(g)在低于120℃，优选在20℃至115℃范围内的温度下进行。
9.如前述权利要求中任一项所述的钙钛矿基半透明光伏电池(或太阳能电池)用于以下中的用途：建筑一体化光伏(BIPV)；光伏窗；温室；光生物反应器；隔音屏障；照明工程；设计；广告；汽车工业。
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