有机无机杂质钙钛矿太阳能移动电池的制作方法

本实用新型涉及一种用于日常生活领域中的有机无机杂质太阳能移动电池。

背景技术：

由于环境污染和能源的紧缺，绿色环保能源开发利用及节能技术已经成为当今世界关注的焦点。而太阳能是消费者日常生活中离不开的资源，同时也是消费者生活中最丰富最理性的环保绿色能源。与此同时，由于现有技术中各种各样的数码产品的多功能化的趋势，使得所述现有数码产品本身携带的电源无法满足数码产品本身的需要，为了满足数码产品耗电量的需求和满足环保的要求。随后出现一种各种各样太阳能移动电池，由于有机无机杂质钙钛矿材料中既然具有有机材料的特性，制作加工工艺简单，同时又具有无机材料的性能，电子传输速率高，所以钙钛矿太阳移动电池被广泛使用。但是，由于制备钙钛矿薄膜时容易发生化学反应，使得钙钛矿材料的自身分解反应，导致使用钙钛矿材料制成太阳电池的稳定性比较低。由于电池内部电容效应，载流子的俘获与去俘获过程，离子迁移造成的能带完全，铁电极化效应，导致所述钙钛矿太阳电池的滞后效应比较严重。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具有减小滞后效应，提高电池光电性能的有机无机杂质太阳能移动电池。

为此解决上述技术问题，本实用新型中的技术方案所采用一种有机无机杂质钙钛矿太阳能移动电池，其包括钙钛矿吸收层，设置于钙钛矿吸收层上面的空穴传输层，设置于钙钛矿吸收层下面的电子传输层，设置于空穴传输层上面的光阴极，设置于电子传输层下面的光阳极；所述钙钛矿吸收层与电子传输层之间或钙钛矿吸收层与空穴传输层设置有可以钝化界面缺陷的PCBM层作为器件的界面修饰层。

进一步限定，所述的电子传输层是由N型半导体材料致密层构成；所述的空穴传输层是由P型半导体材料层构成。

进一步限定，所述光阴极是由金属对电极构成；所述的光阳极是由导电玻璃构成。

进一步限定，所述电子传输层是由二氧化钛材料，氧化锌的N型半导体材料构成。

进一步限定，所述空穴传输层是由苯乙烯硫酸盐，氧化镍，氧化石墨烯材料组成。

进一步限定，所述光阴极是由纳米铟金属氧化物或对可见光透明的宽带隙氧化物半导体或铝氧化物组成。

进一步限定，所述光阳极是由金氧化物或银氧化物材料组成。

进一步限定，PCBM层是由富勒烯衍生物材料所形成薄膜而组成。

本实用新型的有益技术效果：因所述钙钛矿吸收层与电子传输层之间或钙钛矿吸收层与空穴传输层设置有可以钝化界面缺陷的PCBM层作为器件的界面修饰层，使得所述钙钛矿吸收层表面的活性层内部晶粒的致密性得到很大改善，晶粒尺寸得到很大提高，减少了由致密性所形成的缺陷，提高了钙钛矿吸收层表面质量和电子传输性能，从而达到减小滞后效应。与此同时，减少光生载流子在界面处的俘获，增大电子传输，因而达到提高电池的光电性能的目的。

下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

【附图说明】

图1为本实用新型中有机无机杂质钙钛矿太阳能移动电池的结构图；

图2为本实用新型中有机无机杂质钙钛矿太阳能移动电池的原理图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，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例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参考图1及图2所示，下面结合实施例说明一种有机无机杂质钙钛矿太阳能移动电池，其包括钙钛矿吸收层1，空心传输层2，电子传输层3，光阴极 4，光阳极5，界面修饰层6。

所述钙钛矿吸收层1是由钙钛矿材料加工而成。所述钙钛矿是一种在地壳中储存非常丰富的矿物质，钙钛矿的分子结构为ABX3。所述A和B都是代表阳离子，X代表阴离子，两个阳离子和一个阴离子之间通过化学键相互作用，形成一个长程有序的面心体心四方晶体结构，与三氧钛化钙的晶体结构相同。该晶体结构具有吸光性能，电催化性，以及激子束缚能小，材料介电常数达，吸光系数高，吸收光谱宽等特点。具有很大的载流子扩散长度，载流子寿命长。这对太阳能电池来说非常重要，意味着电子-空穴对分离后，载流子能够运输很远，不易发生复合而损失掉。在钙钛矿材料中载流子扩散长度为100nm掺杂CL元素后，钙钛矿材料的载流子的扩散长度超过了1um。具有合适的带隙宽度，光的吸收波长范围大。钙钛矿材料的带隙为1.5eV，用于电池的吸光层材料，几乎能够吸收所有的可见光，是一个良好的光伏材料。

所述的电子传输层3是由N型半导体材料致密层构成。所述的空穴传输层 2是由P型半导体材料层构成。所述光阴极4是由金属对电极构成。所述的光阳极5是由导电玻璃构成。所述电子传输层3是由二氧化钛材料，氧化锌的N 型半导体材料构成。所述空穴传输层2是由苯乙烯硫酸盐，氧化镍，氧化石墨烯材料组成。所述光阴极4是由纳米铟金属氧化物或对可见光透明的宽带隙氧化物半导体或铝氧化物组成。所述光阳极5是由金氧化物或银氧化物材料组成。 PCBM层是由富勒烯衍生物材料所形成薄膜而组成。

安装时，所述的空穴传输层置2于钙钛矿吸收层1上面，所述的光阴极3 置于空穴传输层2上面。所述电子传输层3置于钙钛矿吸收层1下面，所述的光阳极5置于电子传输层3下面，所述电子传输层3与钙钛矿吸收层1之间设置有可以钝化界面缺陷的PCBM层作为器件的界面修饰层6。钙钛矿吸收层1与空穴传输层2设置有可以钝化界面缺陷的PCBM层作为器件的界面修饰层6。

钙钛矿吸收层1内部的钙钛矿材料光吸收系数大，大概100nm的厚度就可以吸收很多的太阳光。当电池受到光照时，只要光子的能量大于钙钛矿材料带宽度，所述的钙钛矿吸收层1吸收大量的光子，使得材料HOMO能级上的电子被激发到LUMO能级，同时在HOMO能级上留下一个带正电的空穴。电子和空穴在库仑力的作用下就会形成电子一空穴对，即激子。由于钙钛矿吸收层1材料中载流子迁移率高，扩散距离长，电子-空穴对很容易就会扩散到钙钛矿吸收层1与电子传输层3或钙钛矿吸收层1与空穴传输层2的界面处。由于激子的束缚能很小，在室温下，电子-空穴对就可以分离成自由的电子和空穴。激子分离成自由载流子后，钙钛矿LUMO能级上的电子就会被传输到导带能级较低的电子传输层3上，同时，空穴也会被传输到空穴传输层2上。在钙钛矿材料中，电子和空穴能够同时传输。在阴极和阳极处分别积累了电子和空穴后，电池就会产生光电压。在外电路形成闭合回路时，就会形成光电流。基于上述，在N-I-P结构的电池，经过激子产生与扩散，激子分离，自由载流子传输，载流子收集与电流形成所述光电电流。

将PCBM作为电子传输层的界面修饰层6，采用电极瞬间放电和电池瞬态开路电压测量相结合的方法，可以修饰电子传输层3与钙钛矿吸收层1界面处的缺陷减小，该处的电荷俘获和载流子复合，降低电池的滞后效应，提高它的光电性能。在钙钛矿吸收层1中掺杂少量的PCBM材料，PCBM可以填充钙钛矿晶界缝隙，加快载流子在活性层中的传输，降低电池的滞后效应，并提高它的光电性能。

在电子传输层3和钙钛矿吸收层1之间引入一层富勒烯衍生物(PCBM)材料对器件电子传输层的界面进行修饰。PCBM作为界面修饰层6一方面它具有钝化缺陷的作用，能够减小电池界面处的缺陷密度；另一方面它具有很强的电子传输性能，能够加快界面处载流子传输速率，降低电子-空穴复合机率PCBM 电子迁移率高，亲水性强，可以钝化TiO2表面上的缺陷，减小界面处的电子俘获，使电池的光伏电压迅速达到稳态，在电池被短路时，由于缺陷较少，俘获的载流子减少，电池能够实现迅速放电，因而达到提高提高它的光电性能。

所述钙钛矿的光伏性能和长期稳定性取决于致密层，钙钛矿吸收层1，P 型半导体材料层的组成、微结构和性质。钙钛矿吸收层1性能好坏决定了钙钛矿太阳电池的整体性能，起到结构导向和传输电子到外电路的作用，其捕获太阳光产生的电子-空穴对，并将高效传输至n型半导体材料致密层和p型半导体材料层。n型半导体材料致密层收集钙钛矿吸收层注入的电子，从而使钙钛矿吸收层电子一空穴对的电荷分离；p型半导体材料层则收集、传输钙钛矿吸收层注入的空穴，并与n型半导体材料致密层的共同作用下，使得电子-空穴对的电荷分离。钙钛矿太阳电池的工作原理为，在光的作用下，钙钛矿化合物材料AMX3(卤铅铵类)吸收光子产生电子-空穴对，电子-空穴对在钙钛矿材料与电子传输层和空穴传输层交界处选择性分离，电子注入电子传输层，空穴传输至空穴传输层，电子与空穴的移动产生电流。

综上所述，因所述钙钛矿吸收层1与电子传输层3之间或钙钛矿吸收层1 与空穴传输层2设置有可以钝化界面缺陷的PCBM层作为器件的界面修饰层6，使得所述钙钛矿吸收层1表面的活性层内部晶粒的致密性得到很大改善，晶粒尺寸得到很大提高，减少了由致密性所形成的缺陷，提高了钙钛矿吸收层表面质量和电子传输性能，从而达到减小滞后效应。与此同时，减少光生载流子在界面处的俘获，增大电子传输，因而达到提高电池的光电性能的目的。

以上参照附图说明了本实用新型的优选实施例，并非因此局限本实用新型的权利范围。本领域技术人员不脱离本实用新型的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本实用新型的权利范围之内。