一种新型平面异质结钙钛矿光伏电池及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种平面异质结钙钛矿光伏电池及其制备方法，本发明通过在电极修饰层中掺杂液晶分子，增强了电极修饰层传输电子或空穴的能力，促使钙钛矿吸光层中产生的电子和空穴及时快速运输到外电路；利用液晶分子具有有序性和流动性的自组装特性，诱导电极修饰层材料有序生长，增强电极修饰层材料的结晶性，形成平整致密的薄膜形貌。在其表面形成的钙钛矿层晶体中缺陷少、规整度高，膜层平整、均匀、致密，有效提高载流子扩散距离，降低电子与空穴的复合，进而显著提高电池的光电转换效率和稳定性。同时，本发明掺杂液晶分子的电极修饰层，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。
【专利说明】
一种新型平面异质结钙钛矿光伏电池及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及钙钛矿光伏电池，具体的说涉及一种新型平面异质结钙钛矿光伏电池 及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 钙钛矿光伏电池作为光伏领域新秀，技术发展迅速且潜力巨大，光电转换效率已 从2009年的3.8%提升至目前最高的20.1 %。积极开展钙钛矿光伏电池技术研究对于抢占 太阳电池行业发展的先机，促进太阳电池技术的升级换代具有重要意义。
[0003] 目前，钙钛矿光伏电池的构造通常采用体相异质结结构、平面异质结结构和无空 穴输运材料异质结结构等。传统的体相异质结结构为具有支架层的介观电池，而支架层一 般需要高温烧结或高真空沉积工艺，复杂且成本高;无空穴输运材料异质结结构电池虽然 成本低，但效率较低;平面异质结结构器件由透明电极、电极修饰层、钙钛矿吸光层、电极缓 冲层和对电极五部分构成，其中电极修饰层和电极缓冲层，一个为η型电子传输层，另一个 为Ρ型空穴传输层。平面异质结结构器件可制作成p-i-n型结构，简单、高效、有利于规模生 产。
[0004] 但是，对于平面异质结钙钛矿光伏电池，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Ti02、Zn0)或空穴传输材料(M 〇03、Spir〇-0MeTAD)形成，这种薄 膜载流子迀移率低、传输电子或空穴能力差，导致钙钛矿吸光层中产生的电子和空穴不能 及时运输到外电路而在内部复合，显著降低电池光电性能；（2)电极修饰层薄膜粗糙、致密 性差，在其表面沉积钙钛矿CH 3NH3PbI3溶液，成膜后晶体中缺陷较多、规整度差，难以形成平 整、均匀、致密的钙钛矿薄膜，载流子扩散距离短，电子和空穴复合严重。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种新型平面异质结钙钛矿光伏电池及其制备方法，以解决 现有光伏电池因电极修饰层载流子迀移率低、传输电子或空穴能力差的问题而导致其光电 性能也较差的问题。
[0006] 本发明的目的之一是这样实现的：
[0007] -种新型平面异质结钙钛矿光伏电池，其包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明 电极、电极修饰层、钙钛矿吸光层、电极缓冲层和对电极，所述的电极修饰层为掺杂有液晶 分子的电子传输层或空穴传输层；其中，所述电极修饰层中液晶分子所占重量比为10-35%〇
[0008] 所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，所述的电极缓冲层为空穴传输层或电子 传输层，所述电极修饰层和所述电极缓冲层不同时为电子传输层或空穴传输层。
[0009] 所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，所述电子传输层采用η型半导体材料制 成，所述 η 型半导体材料为 Ti〇2、Sn〇2、TIPD、PFN、PN4N、PEIE、ZnO、PC6iBM、PC7iBM、ICBA、C6〇-bis和BCP中的任意一种，所述空穴传输层采用ρ型半导体材料制成，所述ρ型半导体材料为 Cu I、CuSCN、NiO、Sp i ro-OMeTAD、P3HT、PCPDTBT、PEDOT: PSS、NPB、TPD、V2〇5 和 Mo03 中的任意一 种。
[0010] 所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，所述钙钛矿吸光层厚度为100-1000nm， 其由化学通式为ABX mY3-m型晶体结构的一种或多种材料形成，其中A为CH3NH 3、C4H9NH3或NH2 = CHNH2;B为Pb、Sn;X为Cl、Br或I，Y为Cl、Br或I，且X和Y不同时为同一种元素 ;m=l、2或3。
[0011] 本发明所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，所述电极修饰层中液晶分子所占 重量比优选为15-30%。
[0012] 本发明所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，所述电极修饰层厚度为5~ 15〇11111，优选8~10〇111]1;所述电极缓冲层的厚度为1〇-15〇11111，所述|丐钛矿吸光层厚度优选 150-550nm〇
[0013] 本发明所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，所述液晶分子的类型为向列型、 距列型、胆固醇型和圆盘型中的任意一种。
[0014] 本发明的另一目的是提供该新型平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，以得到 光电性能更好的钙钛矿光伏电池，增强电池的电极修饰层传输电子或空穴的能力。
[0015] -种平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，包括以下步骤：
[0016] (1)在衬底上制备透明电极；
[0017] (2)在透明电极上沉积电极修饰层材料，形成电极修饰层薄膜;其中，所述电极修 饰层材料为掺杂有液晶分子的η型或p型半导体材料的透明溶液，所述液晶分子在所述电极 修饰层中所占重量比为10-35% ;
[0018] (3)在电极修饰层表面沉积钙钛矿晶体结构材料，形成钙钛矿吸光层薄膜；
[0019] (4)在钙钛矿吸光层表面沉积电极缓冲层材料，形成电极缓冲层薄膜；
[0020] (5)在电极缓冲层表面制备对电极。
[0021] 所述的平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，所述电极缓冲层材料为η型或ρ型 半导体材料的透明溶液，所述电极修饰层和所述电极缓冲层不同时为η型或ρ型半导体材 料。
[0022]所述的平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，所述η型半导体材料为Ti02、Sn02、 TIPD、PFN、PN4N、PEIE、Zn0、PC6lBM、PC7lBM、ICBA、C60-bis或BCP中的任意一种；所述p型半导 体材料为 Cu I、CuSCN、Ni 0、Sp iro-OMeTAD、P3HT、PCPDTBT、PEDOT: PSS、NPB、TPD、V2O5、或 M0O3 中的任意一种。
[0023] 所述的平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，掺杂有液晶分子的n型或p型半导 体材料的透明溶液的配制方法为将液晶分子与η型或Ρ型半导体材料同时溶于溶剂中得到。
[0024] 与现有未掺杂液晶分子电极修饰层制备的钙钛矿光伏电池相比，本发明的有益效 果表现在：
[0025] (1)本发明通过在电极修饰层中掺杂液晶分子，使电极修饰层材料与液晶分子组 成的复合物在光伏电池中为电子与空穴的运输提供有序通道，利用液晶分子对载流子具有 高迀移率的光导电特性，增强了电极修饰层传输电子或空穴的能力，促使钙钛矿吸光层中 产生的电子和空穴及时快速运输到外电路而形成光电流，显著提高电池的光电转换效率。
[0026] (2)本发明电极修饰层通过掺杂液晶分子，利用液晶分子具有有序性和流动性的 自组装特性，诱导电极修饰层材料有序生长，增强电极修饰层材料的结晶性，形成平整致密 的薄膜形貌。在其表面沉积钙钛矿CH3NH3PbI3溶液，成膜后晶体中缺陷少、规整度高，可形成 平整、均匀、致密的钙钛矿薄膜，有效提高载流子扩散距离，降低电子与空穴在钙钛矿层内 部及异质结界面的复合，进而显著提高电池的光电转换效率和稳定性。
[0027] (3)本发明掺杂液晶分子的电极修饰层，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】
[0028] 图1根据本发明一种平面异质结钙钛矿光伏电池的结构示意图。
[0029]图2是实施例1和对比例1中钙钛矿吸光层SEM扫描照片。
[0030] 图中：1-衬底、2-透明电极、3-电极修饰层、4-钙钛矿吸光层;5-电极缓冲层;6-对 电极。
【具体实施方式】
[0031] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，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。
[0032] 图1是本发明的平面异质结钙钛矿光伏电池的结构示意图，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上形成掺杂有液晶分子的半导体材料薄膜的电极修饰 层3,在电极修饰层3上形成钙钛矿吸光层4,在钙钛矿吸光层4上形成的电极缓冲层5,在电 极缓冲层5上形成的对电极6。其中，电极修饰层3和电极缓冲层5,一个为电子传输层，另一 个则为空穴传输层。
[0033] 本发明的衬底1和透明电极2的材料没有特殊限制，衬底1可以为透明玻璃或透明 塑料薄膜，透明电极2可以为铟锡氧化物（ΙΤ0)、氟锡氧化物(FT0)或铝锌氧化物(ΑΖ0)，优选 ΙΤ0导电玻璃或FT0导电玻璃，方块电阻为5~120 Ω /□，优选8~30 Ω /口。
[0034] 电极修饰层3沉积于透明电极2表面，可以为电子传输层，也可以为空穴传输层。电 极修饰层中液晶分子所占的重量比为10-35%，优选15-30%，若液晶分子含量低于10%，不 能对电子或空穴传输材料起到有序排列的作用，不能为光伏电池中电子与空穴的运输提供 有序通道，起不到增强传输电子或空穴的能力；同时，电极修饰层在液晶态处理下，不能调 控钙钛矿吸光层的微光形貌，不能诱导钙钛矿晶体有序生长。若液晶分子含量高于35%，电 极修饰层会因液晶分子的局部聚集，而破坏电子或空穴传输层的薄膜形貌。电极修饰层厚 度为5-150nm，优选8-100nm，太厚的话，一方面会阻碍器件中产生电子或空穴的传输，另一 方面会阻碍太阳光的透过;太薄的话，起不到阻挡的作用，容易产生漏电和电子空穴复合。
[0035] 钙钛矿吸光层4沉积于电极修饰层3表面，用于吸收太阳光。钙钛矿吸光层4选自化 学通式为ABXmY 3-m型晶体结构的一种或多种材料形成，其中A=CH3NH3、C4H 9NH3、NH2 = CHNH2; B =卩13、3114 = (：1、8广1，￥ = (：1、8匕1，且父、￥不同时为同一种元素;111=1、2、3。钙钛矿吸光层4 可通过液相一步法、液相两步法和气相辅助液相法中的任意一种方式形成。钙钛矿吸光层 薄膜的厚度可为l〇〇-l〇〇〇nm，优选150-550nm;厚度>1000nm，电子和空穴不能及时传输到 外电路而在内部复合;厚度<l〇〇nm，不能充分吸收太阳光。
[0036] 电极缓冲层5沉积于|丐钛矿吸光层4表面，电极修饰层为电子传输层时，电极缓冲 层为空穴传输层；电极修饰层为空穴传输层时，电极缓冲层为电子传输层。电极缓冲层中可 以只空穴传输材料或电子传输材料组成。电极缓冲层的厚度为10-150nm。
[0037] 对电极6沉积于电极缓冲层5表面，采用具有较高功函数的材料，可以选择金属材 料，也可以选择非金属材料，其中金属材料选自金、银、铝和铂中的任意一种，非金属材料选 自碳和PEDOT: PSS，其制备方法可选用真空热蒸镀法或丝网印刷法。
[0038] 电子传输层为掺杂有液晶分子的电子传输材料形成的薄膜;适合于本发明的电子 传输材料为 η 型半导体材料，可优选为 Ti〇2、Sn〇2、TIPD、PFN、PN4N、PEIE、ZnO、PC6iBM、PC7iBM、 ICBA、C60-bis或BCP中的任意一种。空穴传输层为掺杂有液晶分子的空穴传输材料形成的 薄膜。适合于本发明的空穴传输材料为P型半导体材料，可优选为(^111、(]115^附0、5口;[1'0-OMeTAD、P3HT、PCPDTBT、PEDOT: PSS、NPB、TPD、V205、或 Mo03 中的任意一种。本发明所用到的电 子传输材料或空穴传输材料均可通过市购得到或可按照现有方法制备得到。
[0039] 适合于本发明的液晶分子类型可为向列型、距列型、胆固醇型或圆盘型中的任意 一种。优选?3肋?1'、？3肋?1'-810、1卩0、耵?11-3、60他?，、!^14、邢(：12或苯并菲衍生物，其分子 结构如下：
[0052]本发明的平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，包括以下步骤：
[0053] (1)透明电极蚀刻、清洗、干燥、紫外/臭氧处理；
[0054] (2)先配制电子传输层或空穴传输层溶液，然后将液晶分子与η型半导体材料或p 型半导体材料溶于溶剂中，形成透明均匀的溶液，将该溶液通过旋涂法、提拉法、喷涂法或 刮刀涂布法涂覆在透明电极表面，在25-150°C下加热干燥5-120min，形成电极修饰层薄膜；
[0055] (3)在电极修饰层表面沉积钙钛矿晶体结构材料，形成钙钛矿吸光层薄膜；
[0056] (4)在钙钛矿吸光层表面沉积电极缓冲层材料，形成电极缓冲层薄膜；
[0057] (5)在电极缓冲层表面制备对电极。
[0058] 下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0059] 实施例1
[0060]第一步，制备透明电极：
[0061] 将ΙΤ0导电玻璃用浓盐酸刻蚀成电极图案，依次用洗涤剂、去离子水、无水乙醇、丙 酮、异丙醇中分别超声清洗l〇min，然后氮气吹干，紫外/臭氧处理20min。
[0062] 第二步，制备电极修饰层(电子传输层材料掺杂液晶分子P3HbpT):
[0063]将液晶分子P3HbpT 10g和电子传输材料PC61BM 100g分散三氯甲烷溶剂中，配制成 所含液晶分子P3HbpT重量比为10 %的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0064]将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0065]将上述制备的薄膜层在70°C下干燥30min，形成厚度为llOnm的电极修饰层。
[0066]第三步，制备钙钛矿吸光层：
[0067] 氮气保护下，在电极修饰层表面通过液相一步法制备钙钛矿吸光层，将等物质量 Pbl2和CH3NH3I共同溶解在DMF溶液中，制成浓度为43wt%的前驱体溶液;取一定溶液将其旋 涂于液晶层表面，转速5000rpm、时间30s，然后在70°C加热退火90min，形成340nm厚的 CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层。
[0068] 第四步，制备电极缓冲层(空穴传输层）：
[0069]氮气保护下，在钙钛矿吸光层上采用旋涂法制备空穴传输层，将40mg spiro-0MeTAD、14ml的t-BP、9ml Li-TFSI加入到0.5ml的氯苯中，溶解配制成溶液旋涂于钙钛矿吸 光层表面，转速3000rpm，时间45s，得到厚度为110nm的空穴传输层。
[0070] 第五步，制备对电级：
[0071] 在空穴传输层表面采用热蒸发方式制备金电极，在IX l(T5Pa真空度下，真空蒸镀 厚度为80nm的金膜形成对电极。
[0072] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/PC6iBM:P3HbpT/CH3NH3Pbl3/spir〇-0MeTAD/Au，有效面积为 0.09cm2,光电转换效率数据 见表1，测试条件:光谱分布AMI. 5G，光照强度1000W/m2，AAA太阳光模拟器（日本SAN-EI公司 XES-502S+ELS155型），I-V曲线用Keithly2400型数字源表进行测量，所有测试均在大气环 境(25°C、45RH%)下进行。
[0073] 实施例2
[0074]除第二步外，其它步骤制备方法同实施例1。
[0075]第二步，制备电极修饰层(电子传输层材料掺杂液晶分子HTph-S):
[0076]将液晶分子HTph-S 35g和电子传输材料PC71BM 100g分散于氯苯溶剂中，配制成所 含液晶分子HTph-S重量比为35 %的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0077]将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0078]将上述制备的薄膜层在100°C下干燥20min，形成厚度为10nm的电极修饰层。
[0079] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/PC7iBM:HTph-S/CH3NH3Pbl3/spir〇-0MeTAD/Au，有效面积为 0.09cm2,光电转换效率数据 见表1，测试条件同实施例1。
[0080] 实施例3
[0081] 除第二步外，其它步骤制备方法同实施例1。
[0082]第二步，制备电极修饰层（电子传输层材料掺杂液晶分子P3HbpT-BTD):
[0083] 将液晶分子P3HbpT-BTD 20g和电子传输材料PC61BM 100g分散于二氯苯溶剂中，配 制成所含液晶分子P3HbpT-BTD重量比为20 %的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0084]将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0085]将上述制备的薄膜层在130°C下干燥15min，形成厚度为30nm的电极修饰层。
[0086] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/PC6iBM:P3HbpT-BTD/CH3NH3Pbl3/spir〇-0MeTAD/Au，有效面积为 0.09cm2,光电转换效率 数据见表1，测试条件同实施例1。
[0087] 实施例4
[0088] 除第二步外，其它步骤制备方法同实施例1。
[0089]第二步，制备电极修饰层（电子传输层材料掺杂液晶分子HBC12(R = PhC12H25)): [0090] 将液晶分子HBC12(R = PhC12H25) 15g和电子传输材料PC71BM 100g分散于甲苯溶剂 中，配制成所含液晶分子HBC12(R = PhC12H25)重量比为15%的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0091]将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0092]将上述制备的薄膜层在100°C下干燥25min，形成厚度为80nm的电极修饰层。
[0093] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/PC7iBM:HBC12(R = PhCi2H25)/CH3NH3Pbl3/spir〇-0MeTAD/Au，有效面积为 0.09cm2,光电 转换效率数据见表1，测试条件同实施例1。
[0094] 实施例5
[0095]第一步，制备透明电极：
[0096]将ΙΤ0导电玻璃用浓盐酸刻蚀成电极图案，依次用洗涤剂、去离子水、无水乙醇、丙 酮、异丙醇中分别超声清洗l〇min，然后氮气吹干，紫外/臭氧处理20min。
[0097]第二步，制备电极修饰层(空穴传输层材料掺杂液晶分子TPD):
[0098]将液晶分子TPD 25g和空穴传输材料P3HT 100g分散于三氯甲烷溶剂中，配制成所 含液晶分子Tro重量比为25 %的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0099]将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0100]将上述制备的薄膜层在65 °C下干燥30min，形成厚度为150nm的电极修饰层。
[0101]第三步，制备钙钛矿吸光层：
[0102] 氮气保护下，在电极修饰层表面通过液相一步法制备钙钛矿吸光层，将等物质量 Pbl2和CH3NH3I共同溶解在DMF溶液中，制成浓度为43wt%的前驱体溶液;取一定溶液将其旋 涂于液晶层表面，转速5000rpm、时间30s，然后在70°C加热退火90min，形成340nm厚的 CH3NH3PbI3钙钛矿吸光层。
[0103] 第四步，制备电极缓冲层(电子传输层）：
[0104] 采用旋涂法在钙钛矿吸光层表面沉积TIPD溶液，然后100°C加热干燥20min，形成 厚度为l〇nm的电极缓冲层。
[0105] 第五步，制备对电级：
[0106] 在电子传输层表面采用热蒸发方式制备铝电极，在IX l(T5Pa真空度下，真空蒸镀 厚度为80nm的错膜形成对电极。
[0107] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/P3HT: Tro/CH3NH3PbI3/Tiro/Al，有效面积为0.09cm 2，光电转换效率数据见表1，测试条 件：光谱分布AM1.5G，光照强度1000W/m2，AAA太阳光模拟器（日本SAN-EI公司XES-502S+ ELS155型），I-V曲线用Keithly2400型数字源表进行测量，所有测试均在大气环境（25°C、 45RH%)下进行。
[0108] 实施例6
[0109] 除第二步外，其它步骤制备方法同实施例5。
[0110] 第二步，制备电极修饰层(空穴传输层材料掺杂液晶分子6CNBP-N): 将液晶分子6CNBP-N 30g和空穴传输材料P3HT 100g分散于氯苯溶剂中，配制成所 含液晶分子6CNBP-N重量比为30 %的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0112]将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0113]将上述制备的薄膜层在100°C下干燥20min，形成厚度为35nm的电极修饰层。
[0114] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/P3HT: 6CNBP-N/CH3NH3Pbl3/TIPD/Al有效面积为0.09cm2，光电转换效率数据见表1，测 试条件同实施例1。
[0115] 实施例7
[0116] 除第二步外，其它步骤制备方法同实施例5。
[0117]第二步，制备电极修饰层(空穴传输层材料掺杂液晶分子HAT4):
[0118] 将液晶分子HAT4 15g和空穴传输材料P3HT 100g分散于二氯苯溶剂中，配制成所 含液晶分子HAT4重量比为15 %的透明均匀的电极修饰层溶液；
[0119] 将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0120]将上述制备的薄膜层在110°C下干燥25min，形成厚度为50nm的电极修饰层。
[0121] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/P3HT: HAT4/CH3NH3PbI3/Tiro/Al，有效面积为0.09cm 2，光电转换效率数据见表1，测试 条件同实施例1。
[0122] 实施例8
[0123] 除第二步外，其它步骤制备方法同实施例5。
[0124] 第二步，制备电极修饰层(空穴传输层材料掺杂液晶分子苯并菲衍生物）：
[0125] 将液晶分子苯并菲衍生物(R = C6H13、
和空穴传输材料P3HT 100g 分散于甲苯溶剂中，配制成所含液晶分子苯并菲衍生物重量比为23%的透明均匀的电极修 饰层溶液；
[0126] 将上述配制的溶液采用旋涂法在透明ΙΤ0电极表面形成一薄膜层；
[0127]将上述制备的薄膜层在105 °C下干燥25min，形成厚度为80nm的电极修饰层。
[0128] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/P3HT:苯并菲衍生物/CH3NH3PbI3/Tiro/Al，有效面积为0.09cm 2，光电转换效率数据见 表1，测试条件同实施例1。
[0129] 对比例1
[0130] 电极修饰层(电子传输材料中未掺杂液晶分子），其它步骤制备方法同实施例1。
[0131] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ IT0/PC6iBM/CH3NH3Pbl3/spir〇-0MeTAD/Au，有效面积为 0.09cm2，光电转换效率数据见表 1， 测试条件同实施例1。
[0132] 对比例2
[0133] 电极修饰层(空穴传输材料中未掺杂液晶分子），其它步骤制备方法同实施例5。
[0134] 上述方法制备的有机无机杂化钙钛矿型太阳能电池的器件结构如图1所示：G/ ITO/P3HT/CH3NH3PbI3/Tiro/Al，有效面积为0.09cm 2，光电转换效率数据见表1，测试条件同 实施例1。
[0135] 表1:实施例和对比例数据
[0136]
[0137] 由表1数据可以看出，通过在电极修饰层中掺杂液晶分子，实现了钙钛矿型光伏电 池转换效率的大幅度提升，由原来的9.5%左右提高到14%左右，效率提升约50 %多，而且 电池效率衰减20 %时的时间也大大延长，延长了电池的使用寿命。
[0138] 另外，对实施例1和对比例1中电池的钙钛矿层进行SEM扫描，结果如图2所示，由图 2中两张图片的对比来看，电极修饰层中未掺杂液晶分子的话，在其表面形成的钙钛矿吸光 层均匀度差、表观缺陷多，而电极修饰层中掺杂液晶分子后在其表面形成的钙钛矿吸光层 平整、均匀、致密、表观缺陷少，从而可以有效提高载流子扩散距离，降低电子与空穴在钙钛 矿层内部及异质结界面的复合，进而显著提高电池的光电转换效率和稳定性。
[0139]以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对 于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【主权项】
1. 一种新型平面异质结钙钛矿光伏电池，其包括衬底和依次层叠于该衬底上的透明电 极、电极修饰层、钙钛矿吸光层、电极缓冲层和对电极，其特征是，所述的电极修饰层为掺杂 有液晶分子的电子传输层或空穴传输层;其中，所述电极修饰层中液晶分子所占重量比为 10-35%〇2. 根据权利要求1所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，其特征是，所述的电极缓冲 层为空穴传输层或电子传输层，所述电极修饰层和所述电极缓冲层不同时为电子传输层或 空穴传输层。3. 根据权利要求1或2所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，其特征是，所述电子传 输层采用η型半导体材料制成，所述η型半导体材料为Ti0 2、Sn02、Tiro、PFN、PN4N、PEIE、Zn0、 ?(：6181、？〇7181、1084工6〇-1^8和队？中的任意一种，所述空穴传输层采用？型半导体材料制 成，所述 P 型半导体材料为 CuI、CuSCN、Ni0、Spir〇-0MeTAD、P3HT、PCPDTBT、PED0T:PSS、NPB、 Tro、v2〇5和Mo03中的任意一种。4. 根据权利要求1所述的新型平面异质结钙钛矿光伏电池，其特征是，所述钙钛矿吸光 层厚度为lOO-lOOOnm，其由化学通式为ABX mY3-m型晶体结构的一种或多种材料形成，其中A 为CH3NH3、C4H9NH3或NH2=CHNH2; B为Pb或Sn;X为Cl、Br或I，Y为Cl、Br或I，且X和Y不同时为同 一种元素;m=l、2或3。5. -种平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 在衬底上制备透明电极； (2) 在透明电极上沉积电极修饰层材料，形成电极修饰层薄膜;其中，所述电极修饰层 材料为掺杂有液晶分子的η型或p型半导体材料的透明溶液，所述液晶分子在所述电极修饰 层中所占重量比为10-35%; (3) 在电极修饰层表面沉积钙钛矿晶体结构材料，形成钙钛矿吸光层薄膜； (4) 在钙钛矿吸光层表面沉积电极缓冲层材料，形成电极缓冲层薄膜； (5 )在电极缓冲层表面制备对电极。6. 根据权利要求5所述的平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述电 极缓冲层材料η型或ρ型半导体材料的透明溶液，且所述电极修饰层和所述电极缓冲层不同 时为η型或ρ型半导体材料。7. 根据权利要求6所述的平面异质结钙钛矿光伏电池的制备方法，其特征在于，所述η 型半导体材料为 Ti〇2、Sn〇2、TIPD、PFN、PN4N、PEIE、ZnO、PC6iBM、PC7iBM、ICBA、C6〇-bisSBCP 中的任意一种；所述P型半导体材料为CuI、CuSCN、Ni0、Spir〇-0MeTAD、P3HT、PCPDTBT、 PEDOT: PSS、NPB、TPD、V2O5、或 M0O3 中的任意一种。
【文档编号】H01L51/42GK106025078SQ201610543494
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】杨少鹏, 侯丽新, 傅广生, 赵晓辉
【申请人】河北大学