CN207068927U - 钙钛矿太阳能电池 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种钙钛矿太阳能电池，其包括钙钛矿层、位于钙钛矿层的一侧的空穴传输层、位于钙钛矿层的另一侧的电子传输层、位于钙钛矿层与空穴传输层之间的第一钝化层、位于钙钛矿层与电子传输层之间的第二钝化层、位于空穴传输层远离所述钙钛矿层的一侧的第一电极、以及位于电子传输层远离钙钛矿层的一侧的第二电极。上述钙钛矿太阳能电池，在钙钛矿层的两层分别设置第一钝化层以及第二钝化层，对钙钛矿层进行双面钝化，全方位保护钙钛矿层，进而提高了钙钛矿太阳能电池的稳定剂。上述钙钛矿太阳能电池，制备简单、快捷、工艺实施难度低。

Description

钙钛矿太阳能电池
技术领域
本实用新型涉及光伏技术领域，特别是涉及一种钙钛矿太阳能电池。
背景技术
近年来，随着钙钛矿太阳能电池的研究不断深入，钙钛矿太阳能电池的效率从3.8％提高到22.1％，大大促进了其产业化进程。虽然钙钛矿太阳能电池的效率得到了很大提升，但钙钛矿材料的稳定性依然是制约其产业化的最大因素。
为了提高钙钛矿材料的稳定性，目前一般采用的方法有：采用稳定性更强的多元混合钙钛矿材料、提高钙钛矿太阳能电池的封装技术等。但是，上述方法复杂、工艺实施困难。
因此，亟需一种简单、快捷，且可大幅提高稳定性的钙钛矿太阳能电池结构。
实用新型内容
基于此，提供一种简单、快捷，且可大幅提高稳定性的钙钛矿太阳能电池结构。
一种钙钛矿太阳能电池，包括：
钙钛矿层；
空穴传输层，位于所述钙钛矿层的一侧；
电子传输层，位于所述钙钛矿层的另一侧；
第一钝化层，位于所述钙钛矿层与所述空穴传输层之间；
第二钝化层，位于所述钙钛矿层与所述电子传输层之间；
第一电极，位于所述空穴传输层远离所述钙钛矿层的一侧；
以及第二电极，位于所述电子传输层远离所述钙钛矿层的一侧。
上述钙钛矿太阳能电池，在钙钛矿层的两侧分别设置有第一钝化层以及第二钝化层，对钙钛矿层进行双面钝化，全方位保护钙钛矿层，进而提高了钙钛矿太阳能电池的稳定剂。上述钙钛矿太阳能电池，制备简单、快捷、工艺实施难度低。
在其中一个实施例中，所述第一钝化层的厚度为5nm～10nm。
在其中一个实施例中，所述第一钝化层为氧化铝层、氧化铬层、氧化锆层、聚甲基丙烯酸甲酯层、聚氨基甲酸酯层、3-叔丁基吡啶层、4-叔丁基吡啶层、4-羟基吡啶层、或氨基吡啶层。
在其中一个实施例中，所述第二钝化层的厚度为5nm～10nm。
在其中一个实施例中，所述第二钝化层为富勒烯胺层。
在其中一个实施例中，所述第一电极为透明导电基底；所述第二电极为金属电极。
在其中一个实施例中，所述第一电极为金属电极；所述第二电极为透明导电基底。
在其中一个实施例中，所述透明导电基底为透明导电玻璃或透明导电塑料；所述金属电极为银电极、铝电极、或金电极。
在其中一个实施例中，所述透明导电基底包括透明基底层以及附着在所述透明基底层上的透明导电薄膜层；所述透明导电薄膜层的厚度为300nm～500nm。
在其中一个实施例中，所述金属电极的厚度为100nm～200nm。
附图说明
图1为本实用新型一实施方式的钙钛矿太阳能电池的截面结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参见图1，一种钙钛矿太阳能电池100，包括钙钛矿层110，位于钙钛矿层110一侧的第一钝化层141、空穴传输层121、第一电极131，以及位于钙钛矿层110另一侧的第二钝化层142、电子传输层122、第二电极132。
其中，钙钛矿层110为钙钛矿太阳能电池100的核心部件层，其主要作用是，吸收光能并产生空穴和电子。
优选地，钙钛矿层110中的钙钛矿材料选自如下化学式所代表的化合物：MAxFA1- xPbI3-aBra、MAxFA1-xPbI3-bClb、MAxFA1-xPbBr3-cClc，其中，x取值0～1，a、b、c均取值0～3；其中MA的化学结构式为CH3NH3 +，FA的化学结构式为CH(NH2)2 +。当然，可以理解的是，本实用新型的钙钛矿材料并不局限上述化合物，还可以是本领域技术人员认为合适的其它钙钛矿材料。
优选地，钙钛矿层110的厚度为300nm～1000nm。这样可以进一步提高钙钛矿太阳能电池100的性能。
其中，空穴传输层121位于钙钛矿层110的一侧(图1中的上侧)，其主要作用是，是将钙钛矿层110产生的空穴分离并传输导出。
空穴传输层121可以是有机空穴传输材料层，亦可以是无机空穴传输材料层。具体地，当空穴传输层121是有机空穴传输材料层时，空穴传输层121优选为Spiro-OMeTAD层、PEDOT:PSS层、P3HT层、PTAA层、或PCDTBT层。其中，Spiro-OMeTAD代表2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴。当空穴传输层121是无机空穴传输材料层时，空穴传输层121优选为非化学计量比的氧化镍层、CuI层、或CuSCN层。
优选地，空穴传输层121的厚度为300nm～600nm。这样既可以保证成膜质量，减少空穴传输层121的缺陷；又可以确保内部的串联电阻较低，有利于短路电流提高。
其中，第一钝化层141位于钙钛矿层110与空穴传输层121之间。第一钝化层的主要作用是，钝化钙钛矿层110靠近空穴传输层121的一侧表面。
优选地，第一钝化层141为氧化铝层、氧化铬层、氧化锆层、聚甲基丙烯酸甲酯层、聚氨基甲酸酯层、3-叔丁基吡啶层、4-叔丁基吡啶层、4-羟基吡啶层、或氨基吡啶层。这样可以起到阻隔水分的作用，更有利于对钙钛矿层110的保护；同时还可以更好地起到阻隔电子的作用，进而防止钙钛矿层110的光生电子与空穴传输层121中的空穴发生复合。
优选地，第一钝化层141的厚度为5nm～10nm。这样既可以增强钝化效果，又可以有利于降低内阻。
其中，电子传输层122位于钙钛矿层110的一侧(图1中的下侧)，其主要作用是，是将钙钛矿层110产生的电子分离并传输导出。
电子传输层122可以是有机电子传输材料层，亦可以是无机电子传输材料层。具体地，当电子传输层122是有机电子传输材料层时，电子传输层122优选为富勒烯层(C60层)、P3HT层、PCBM层。当电子传输层122是无机电子传输材料层时，电子传输层122优选为二氧化钛致密层、二氧化锌致密层、或二氧化锡致密层。
优选地，电子传输层122的厚度为10nm～50nm。这样既可以保证成膜质量，减少缺陷；又可以确保内部的串联电阻较低，有利于短路电流提高。
其中，第二钝化层142位于钙钛矿层110与电子传输层122之间。第二钝化层142的主要作用是，钝化钙钛矿层110靠近电子传输层121的一侧表面。
优选地，第二钝化层142为富勒烯胺层。具体地，富勒烯胺优选为富勒烯醇胺类衍生物、富勒烯二胺类衍生物、富勒烯二甲基氨基丙胺类衍生物。富勒烯醇胺类衍生物更优选为C60-乙醇胺衍生物、C60-丙醇胺衍生物、C70-乙醇胺衍生物、或C70-丙醇胺衍生物中的一种或几种。富勒烯二胺类衍生物更优选为C60-乙二胺衍生物、C60-丙二胺衍生物、C70-乙二胺衍生物、或C70-乙二胺衍生物中的一种或几种。富勒烯二甲基氨基丙胺类衍生物更优选为C60-二甲基氨基丙胺衍生物、或C70-二甲基氨基丙胺衍生物中的一种或几种。富勒烯胺层，一方面，可以固化钙钛矿层110中的卤素元素，这样既可以降低钙钛矿层110的缺陷态，也可以提高钙钛矿层110的稳定性；另一方面，可以更好地阻隔空穴，防止钙钛矿层110的光生空穴与电子传输层122中的电子发生复合。
优选地，第二钝化层142的厚度为5nm～10nm。这样既可以增强钝化效果，又可以有利于降低内阻。
在本实用新型中，钙钛矿层110、第一钝化层141、空穴传输层121、第二钝化层142、电子传输层122可以为化学喷涂层、旋涂层、刮涂层等。
其中，第一电极131的主要作用是，收集空穴且与外电路连接。第二电极132的主要作用是，收集电子且与外电路连接。
本实用新型的钙钛矿太阳能电池100可以是正向结构，也可以是倒置结构。
当钙钛矿太阳能电池100为正向结构时，第一电极131为金属电极；第二电极132为透明导电基底。更优选地，当钙钛矿太阳能电池100为正向结构时，电子传输层122为无机电子传输材料层，而空穴传输层121选用有机空穴传输材料层。
当钙钛矿太阳能电池100为倒置结构时，第一电极131为透明导电基底；第二电极132为金属电极。更优选地，当钙钛矿太阳能电池100为正向结构时，电子传输层122为有机电子传输材料层，而空穴传输层121选用无机空穴传输材料层。
其中，透明导电基底为钙钛矿太阳能电池100的其它各层提供支撑。透明导电基底侧为钙钛矿太阳能电池100的向光侧。
具体地，透明导电基底包括透明基底层以及附着在透明基底层上的透明导电薄膜层。透明导电薄膜层的厚度优选为300nm～500nm。这样可以进一步提高钙钛矿太阳能电池的性能。透明导电薄膜层优选为ITO层、FTO层、ZTO层、AZO层、IWO层等。
透明基底层的厚度优选为1.1mm～2.5mm。这样既可以保证足够的机械承载力，又可以减少透明基底层对光的吸收，以使更多的光进入钙钛矿层110中，从而增加光的吸收利用。
透明导电薄膜层可以通过物理气相沉积法、蒸镀或溅射形成于透明基底层上。
具体地，透明导电基底优选为透明导电玻璃或透明导电塑料。也就是说，形成透明基底层中的透明基体层为玻璃层或塑料层。例如FTO导电玻璃、FTO导电塑料、ITO导电玻璃、ITO导电塑料。当透明导电基底为ITO导电玻璃或ITO导电塑料时，ITO层的厚度优选为300nm～400nm。当透明导电基底为FTO导电玻璃或FTO导电塑料时，FTO层的厚度为500nm。
其中，金属电极侧为钙钛矿太阳能电池100的背光侧。
优选地，金属电极为银电极、铝电极、或金电极。
优选地，金属电极的厚度为100nm～200nm。
优选地，金属电极采用真空蒸镀或真空溅射形成。
上述钙钛矿太阳能电池，在钙钛矿层的两层分别设置第一钝化层以及第二钝化层，对钙钛矿层进行双面钝化，全方位保护钙钛矿层，进而提高了钙钛矿太阳能电池的稳定剂。上述钙钛矿太阳能电池，制备简单、快捷、工艺实施难度低。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种钙钛矿太阳能电池，其特征在于，包括：
钙钛矿层；
空穴传输层，位于所述钙钛矿层的一侧；
电子传输层，位于所述钙钛矿层的另一侧；
第一钝化层，位于所述钙钛矿层与所述空穴传输层之间；
第二钝化层，位于所述钙钛矿层与所述电子传输层之间；
第一电极，位于所述空穴传输层远离所述钙钛矿层的一侧；
以及第二电极，位于所述电子传输层远离所述钙钛矿层的一侧。
2.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层的厚度为5nm～10nm。
3.根据权利要求1或2所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一钝化层为氧化铝层、氧化铬层、氧化锆层、聚甲基丙烯酸甲酯层、聚氨基甲酸酯层、3-叔丁基吡啶层、4-叔丁基吡啶层、4-羟基吡啶层、或氨基吡啶层。
4.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层的厚度为5nm～10nm。
5.根据权利要求1或4所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第二钝化层为富勒烯胺层。
6.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极为透明导电基底；所述第二电极为金属电极。
7.根据权利要求1所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述第一电极为金属电极；所述第二电极为透明导电基底。
8.根据权利要求6或7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电基底为透明导电玻璃或透明导电塑料；所述金属电极为银电极、铝电极、或金电极。
9.根据权利要求6或7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述透明导电基底包括透明基底层以及附着在所述透明基底层上的透明导电薄膜层；所述透明导电薄膜层的厚度为300nm～500nm。
10.根据权利要求6或7所述的钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述金属电极的厚度为100nm～200nm。
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