本发明涉及光伏,特别是涉及一种太阳能电池及其制备方法。
背景技术:
1、有机无机金属卤化物钙钛矿材料具有光电性能优异以及成本低等优点,适合作为太阳能电池的吸光层。并且,钙钛矿材料的带隙可调,可以与其他光伏材料如晶体硅等叠加形成叠层太阳能电池,从而获得更高的光电转换效率。
2、钙钛矿太阳能电池通常在tco基底与钙钛矿光吸收层之间设置空穴传输层。传统采用的金属氧化物空穴传输材料具有良好的空穴传输能力,然而其与钙钛矿材料接触会发生氧化还原反应,导致太阳能电池稳定性较差。并且金属氧化物空穴传输材料与tco基底的界面对空穴的传输存在不利影响。
技术实现思路
1、基于此,有必要提供一种太阳能电池及其制备方法,以提高太阳能电池的效率和稳定性。
2、本发明的其中一个目的是提供一种太阳能电池,方案如下:
3、一种太阳能电池,包括依次层叠设置的第一导电层、第一空穴传输层、第二空穴传输层、第三空穴传输层、钙钛矿光吸收层以及第二导电层;所述第一空穴传输层的材料为第一sams类空穴传输材料,所述第二空穴传输层的材料为金属氧化物空穴传输材料,所述第三空穴传输层的材料为第二sams类空穴传输材料。
4、在其中一个实施例中,所述第一sams类空穴传输材料具有第一功能基团以及第一锚定基团,所述第一sams类空穴传输材料通过所述第一锚定基团键合在所述第一导电层上,所述第一功能基团具有指向所述第一导电层的偶极矩。
5、在其中一个实施例中,所述第一锚定基团包括膦酸、羧酸、氰基乙酸、氰基膦酸中的至少一种。
6、在其中一个实施例中,所述第一功能基团包括咔唑、二苯并咔唑、吖啶中的至少一种。
7、在其中一个实施例中,所述第二sams类空穴传输材料具有第二功能基团以及第二锚定基团,所述第二sams类空穴传输材料通过所述第二锚定基团键合在所述第二空穴传输层上,所述第二功能基团具有指向所述第二空穴传输层的偶极矩。
8、在其中一个实施例中,所述第二锚定基团包括膦酸、羧酸、氰基乙酸、氰基膦酸中的至少一种;和/或
9、所述第二功能基团包括咔唑、二苯并咔唑、吖啶中的至少一种。
10、在其中一个实施例中,所述第一sams类空穴传输材料和所述第二sams类空穴传输材料独立地具有以下通式(1)至通式(3)所示结构的化合物中的至少一种:
11、 (1)、
12、 (2)、
13、(3);
14、其中,r1、r2、r9、r10独立地选自-h、c1~c4烷基、c1~c4烷氧基、苯环或-x,x为卤素原子;r3、r5、r11独立地选自c1~c4烷基;r7、r8独立地选自-h、-ch3、-c2h5;r4、r6、r12独立地选自膦酸、羧酸、氰基乙酸或氰基膦酸。
15、在其中一个实施例中,所述金属氧化物空穴传输材料选自ito、fto、ico、niow、cuo2、cuo、cualo2、cucro2、wo3、moox、voy、croz中的一种或者多种,其中,w为1~2,x为0.5~3,y为1~2.5,z为1~3。
16、在其中一个实施例中,所述第二空穴传输层的厚度为2 nm~200 nm。
17、在其中一个实施例中,所述太阳能电池还包括电子传输层,所述电子传输层设置在所述钙钛矿光吸收层和所述第二导电层之间。
18、在其中一个实施例中,所述第一导电层的材料包括氧化铟锡、掺铝氧化锌、掺铟氧化锌、掺氟氧化锡、氧化铟钨以及氧化铟铈中的一种或者多种。
19、在其中一个实施例中,所述钙钛矿光吸收层包含钙钛矿材料abx3;其中,a包括铯离子、铷离子、钾离子、甲胺离子、甲脒离子、亚甲二胺离子、苄脒阳离子以及胍阳离子中的一种或者多种;b包括铅离子、铜离子、锌离子、镓离子、锡离子以及钙离子中的一种或者多种;x包括氟离子、氯离子、溴离子、碘离子、硫氰酸根离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、甲酸根离子以及乙酸根离子中的一种或者多种。
20、在其中一个实施例中,所述第二导电层的材料包括au、ag以及cu中的一种或者多种。
21、本发明的另一个目的是提供一种太阳能电池的制备方法,方案如下:
22、一种太阳能电池的制备方法,包括以下步骤:
23、提供第一导电层;
24、在所述第一导电层上形成第一空穴传输层,所述第一空穴传输层的材料为第一sams类空穴传输材料;
25、在所述第一空穴传输层远离所述第一导电层的一侧形成第二空穴传输层,所述第二空穴传输层为的材料为金属氧化物空穴传输材料;
26、在所述第二空穴传输层远离所述第一空穴传输层的一侧形成第三空穴传输层,所述第三空穴传输层的材料为第二sams类空穴传输材料;
27、在所述第三空穴传输层远离所述第二空穴传输层的一侧形成钙钛矿光吸收层;
28、在所述钙钛矿光吸收层远离所述第三空穴传输层的一侧形成第二导电层。
29、与传统方案相比,上述太阳能电池及其制备方法具有以下有益效果:
30、上述太阳能电池及其制备方法在第一导电层和钙钛矿光吸收层之间设置第一空穴传输层、第二空穴传输层和第三空穴传输层,其中,第二空穴传输层的材料为金属氧化物空穴传输材料,具有良好的空穴传输能力,且本身具有良好的光热稳定性,第二空穴传输层的两侧由第一空穴传输层和第三空穴传输层包覆,第一空穴传输层和第三空穴传输层为sams类空穴传输材料,第三空穴传输层能够防止钙钛矿光吸收层与第二空穴传输层的金属氧化物接触,避免钙钛矿材料的分解,有效提高太阳能电池的效率与稳定性。第一空穴传输层能够提高第一导电层和第二空穴传输层界面处空穴传输效率,并且更有效地避免钙钛矿光吸收层与第一导电层的潜在接触,更有效地提升太阳能电池的稳定性。
1.一种太阳能电池,其特征在于,包括依次层叠设置的第一导电层、第一空穴传输层、第二空穴传输层、第三空穴传输层、钙钛矿光吸收层以及第二导电层;所述第一空穴传输层的材料为第一sams类空穴传输材料,所述第二空穴传输层的材料为金属氧化物空穴传输材料,所述第三空穴传输层的材料为第二sams类空穴传输材料。
2.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一sams类空穴传输材料具有第一功能基团以及第一锚定基团,所述第一sams类空穴传输材料通过所述第一锚定基团键合在所述第一导电层上,所述第一功能基团具有指向所述第一导电层的偶极矩;和/或
3.如权利要求2所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一锚定基团包括膦酸、羧酸、氰基乙酸、氰基膦酸中的至少一种;和/或
4.如权利要求2所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二锚定基团包括膦酸、羧酸、氰基乙酸、氰基膦酸中的至少一种;和/或
5.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述第一sams类空穴传输材料和所述第二sams类空穴传输材料独立地具有以下通式(1)至通式(3)所示结构的化合物中的至少一种:
6.如权利要求1~5中任一项所述的太阳能电池,其特征在于,所述金属氧化物空穴传输材料选自ito、fto、ico、niow、cuo2、cuo、cualo2、cucro2、wo3、moox、voy、croz中的一种或者多种,其中,w为1~2,x为0.5~3,y为1~2.5,z为1~3。
7.如权利要求1~5中任一项所述的太阳能电池,其特征在于,所述第二空穴传输层的厚度为2 nm~200 nm。
8.如权利要求1所述的太阳能电池,其特征在于,所述太阳能电池还包括电子传输层,所述电子传输层设置在所述钙钛矿光吸收层和所述第二导电层之间。
9.如权利要求1~5中任一项所述的太阳能电池,其特征在于,所述太阳能电池符合以下特征(1)~(3)中的一项或者多项:
10.一种太阳能电池的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
