一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池技术领域，特别涉及一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着能源枯竭和环境恶化的日趋严重，太阳能电池技术和市场发展迅猛， 尤其是晶硅太阳能电池在全球范围内得到广泛应用，但随着新兴产业及军工特殊领域的发 展，对太阳能电池提出了更高的要求，如高效率、低成本、柔性、轻薄、高比功率、可卷绕式加 工等。钙钛矿太阳能电池(PSC)因其具备以上全部要求而成为研发与产业化的热点。
[0003] 钙钛矿太阳能电池起源于染料敏化太阳能电池(DSSC，含液体电解质），后来经过 固态DSSC、多孔结构PSC(含多孔层)最终演变成与有机薄膜太阳能电池(OPV)相同的平面结 构PSC(无多孔层）。
[0004] 平面结构PSC可以增加器件优化的灵活性，为发展叠层结构的PSC电池提供可能， 并且有利于对电池器件物理性能的开展研究。平面结构PSC器件为将钙钛矿吸光层置于P型 空穴传输层和η型电子传输层中，形成p-i-n型的"三明治结构"，空穴传输层和电子传输层 统称为电极修饰层。
[0005] 但是，对于平面结构钙钛矿型太阳能电池，还存在以下两方面的问题：（1)电极修 饰层通常采用电子传输材料(如Ti〇2、ZnO)或空穴传输材料(MoO 3、Spiro-OMeTAD)制成，这种 方式钙钛矿吸光层中所产生的电子和空穴复合几率高，影响电池光电性能；（2)钙钛矿吸光 层通过液相法直接沉积在电极修饰层表面，由于钙钛矿溶液CH 3NH3PbI3在成膜过程中快速 自组装成纳米级钙钛矿微小晶粒，钙钛矿晶粒成核和膜层生长方向难以控制，降低了载流 子的扩散长度，电子和空穴复合严重。
【发明内容】
[0006] 本发明要求解决的技术问题是针对已有技术存在的问题和不足，提供一种含有液 晶层的钙钛矿型太阳能电池。通过在电极修饰层表面沉积液晶层，改善电极修饰层薄膜形 貌，钝化电极修饰层表面缺陷，降低钙钛矿吸光层中所产生电子和空穴的复合几率，提高电 池光电转换效率和稳定性。
[0007] 本发明所要解决的另一技术问题是提供这种钙钛矿型太阳能电池的制备方法。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0009] -种钙钛矿型太阳能电池，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、电子 传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、空穴传输层和对电极。
[0010] -种钙钛矿型太阳能电池，包括衬底和依次层叠于所述衬底上的透明电极、空穴 传输层、液晶层、钙钛矿吸光层、电子传输层和对电极。
[0011] 上述钙钛矿型太阳能电池，所述液晶层由热致液晶分子制成的薄膜;所述热致液 晶分子的液晶态温度为25-120°C。
[0012] 上述钙钛矿型太阳能电池，所述液晶层厚度为〇.5-15nm，优选HOnm。
[0013] 上述钙钛矿型太阳能电池，所述液晶层的涂布液的组成及质量份数为：
[0014] 热致液晶分子 0.5-10%;
[0015] 有机溶剂 90-99.5%。
[0016]上述钙钛矿型太阳能电池，所述有机溶剂为三氯甲烷、二氯苯、氯苯、甲苯、二甲 苯、四氢化萘、十氢化萘、正十二烷、正十四烷、二氯甲烷或四氢呋喃中的一种或多种。
[0017] 上述钙钛矿型太阳能电池，所述钙钛矿吸光层由化学通式为ABXmY3- m型晶体结构 的一种或多种材料制成，其中A为CH3NH3X4H 9NH3或NH2 = CHNH2;B为Pb、Sn;X，Y为Cl、Br、I ;m 为1、2或3,所述钙钛矿吸光层的厚度可为100-1000nm，优选150-550nm。
[0018] 上述钙钛矿型太阳能电池，所述电子传输层可以采用η型半导体材料制成，所述η 型半导体材料优选为 Ti〇2、Sn〇2、TIPD、PFN、PN4N、PEIE、ZnO、PC6iBM、PC7iBM、ICBA、C6〇-bisS BCP中的任意一种;所述的电子传输层的厚度为5-150nm，优选10-50nm。
[0019] 上述钙钛矿型太阳能电池，所述空穴传输层可以采用p型半导体材料制成，所述p 型半导体材料优选为 CuI、CuSCN、Ni0、Spir〇-0MeTAD、P3HT、PCPDTBT、PED0T:PSS、NPB、TPD、 V2O5或M0O3中的任意一种;所述的空穴传输层的厚度为5-500nm，优选10-150nm〇
[0020] -种钙钛矿型太阳能电池的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0021] (1)透明电极蚀刻、清洗、干燥、紫外/臭氧处理；
[0022 ] (2)在透明电极表面沉积电子传输层或空穴传输层材料，制成电子传输层或空穴 传输层薄膜；
[0023] (3)制备液晶层:将所述的热致液晶分子材料分散于有机溶剂中，配制成透明均匀 的液晶层溶液;将所述溶液通过刮涂法、旋涂法、喷涂法、喷墨打印法或提拉法沉积在电子 传输层或空穴传输层表面制成一薄膜层;将所述薄膜层在30-150°C下干燥10_120min，制成 液晶层；
[0024] (4)在液晶层表面沉积钙钛矿晶体结构材料，制成钙钛矿吸光层薄膜；
[0025] (5)在钙钛矿吸光层表面沉积空穴传输层或电子传输层材料，制成空穴传输层或 电子传输层薄膜；
[0026] (6)在空穴传输层或电子传输层表面制备对电极。
[0027] 与现有技术相比，本发明的有益效果表现在：
[0028] (1)本发明通过在电极修饰层表面沉积液晶层，利用液晶分子有序性和流动性的 自组装功能，可改善电极修饰层薄膜形貌，钝化电极修饰层表面缺陷，有效阻挡了反向载流 子的传输，防止了漏电的产生，显著降低了钙钛矿吸光层中所产生电子和空穴的复合几率， 进而显著提高电池光电转换效率和稳定性。
[0029] (2)本发明的液晶层在液晶态处理下，具有流动性并且有序，可调控其表面钙钛矿 吸光层的微观形貌，诱导钙钛矿晶体有序生长，提高结晶规整度，降低钙钛矿晶体内部缺 陷，制成高结晶性均匀钙钛矿吸光层，有效提高钙钛矿层内部载流子扩散长度，降低电子与 空穴在钙钛矿吸光层内部及界面的复合，进而显著提高电池的光电转换效率和稳定性。
[0030] (3)本发明的液晶层，可采用低温溶液法制备，更适合大面积钙钛矿光伏电池的卷 对卷工业化生产，工艺简单、制造成本低。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明一种钙钛矿型太阳电池的结构示意图；
[0032] 图2是本发明另一种电池结构示意图。
[0033 ]图中各标号表不为：1 -衬底、2-透明电极、3-电子传输层、4-液晶层、5-|丐钛矿吸光 层;6-空穴传输层;7-对电极。
【具体实施方式】
[0034] 以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。此处说明若涉及到具体实例时仅 仅用以解释本发明，并不限定本发明的其他实施方式。
[0035] 图1是本发明的一种太阳能电池结构示意图，它包括衬底1，设置在衬底1上的透明 电极2,在透明电极2上形成半导体材料的电子传输层3,在电子传输层3上形成液晶层4,在 液晶层4上形成的钙钛矿吸光层5,在钙钛矿吸光层5上形成的空穴传输层6,在空穴传输层6 上形成的对电极7。
[0036] 图2是本发明另一种太阳能电池的结构示意图，它包括衬底1，设置在衬底1上的透 明电极2，在透明电极2上形成空穴传输层6，在空穴传输层6上形成液晶层4，在液晶层4上形 成的钙钛矿吸光层5,在钙钛矿吸光层5上形成的电子传输层3,在电子传输层3上形成的对 电极7。
[0037] 图1所示的钙钛矿型太阳能电池，在使用液相法制备钙钛矿吸光层前，对电子传输 层进行表面修饰，形成液晶层，其制备方法包括以下步骤：
[0038] 1)清洗透明电极，蚀刻电极图案后清洗、烘干、紫外/臭氧处理；
[0039] 2)在透明电极上制备电子传输层；
[0040] 3)在电子传输层表面制备液晶层；
[0041 ] 4)在液晶层表面，生长钙钛矿吸光层；
[0042] 5)在钙钛矿吸光层表面沉积空穴传输层；
[0043] 6)在空穴传输层上制备对电极。
[0044] 图2所示的钙钛矿型太阳能电池，在使用液相法制备钙钛矿吸光层前，对空穴传输 层进行表面修饰，形成液晶层，其制备方法包括以下步骤：
[0045] 1)清洗透明电极，蚀刻电极图案后清洗、烘干、紫外/臭氧处理；
[0046] 2)在透明电极上制备空穴传输层；
[0047] 3)在空穴传输层表面制备液晶层；
[0048] 4)在液晶层表面，生长钙钛矿吸光层；
[0049] 5)在钙钛矿吸光层的表面沉积电子传输层；
[0050] 6)在电子传输层上制备对电极。
[0051] 以图1所示的钙钛矿型太阳能电池的结构为例。
[0052] 在使用液相法制备钙钛矿吸光层5之前，对电子传输层3进行界面修饰，在其表面 沉积液晶层4，利用液晶分子有序性和流动性的自组装功能，改善电子传输层3的薄膜形貌， 钝化电子传输层3的表面缺陷，有效阻挡了反向载流子的传输，防止了漏电的产生。
[0053]液晶层4为热致液晶分子形成的薄膜，热致液晶分子的液晶态温度为25_120°C，可 选自聚噻吩及其衍生物、齐聚噻吩及其衍生物、氰基联苯类化合物等，优选聚噻吩及其衍生 物JSF7和？他切(11 = 6,8，11)，齐聚噻吩及其衍生物町12(11 = 3-10)，氰基联苯类化合物 6CNBP-SH、5CB和8CB。上述中有关热致液晶分子缩写名称的分子结构如下：
[0054]
[0055] 液晶层4厚度为0.5-15nm，优选l-10nm。厚度>