太阳能电池以及制备太阳能电池的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及能源领域。具体地，本发明涉及钙钛矿太阳能电池以及制备太阳能电 池的方法。
【背景技术】
[0002] 太阳能电池是一类通过光电转换效应，将太阳光转换为电能的能源供给装置。目 前用于太阳能电池的材料以及太阳能电池的结构多种多样，其中，钙钛矿材料由于具有较 高的太阳光吸收率、较长的激子扩散程长以及高的能量转换效率而被广泛地应用到太阳能 电池的制备中。
[0003] 然而，目前的太阳能电池及其制备方法仍有待改进。
【发明内容】
[0004] 本发明是基于发明人的下列发现而得到的：目前基于钙钛矿材料的太阳能电池， 普遍存在价格昂贵、器件的稳定性以及寿命不理想等问题。发明人经过深入研究发现，这是 由于在基于钙钛矿材料的太阳能电池中，普遍需要制备空穴传输层以防止载流子复合，并 隔绝钙钛矿活性材料与水、氧的接触。目前的空穴传输层材料多数是基于无机金属氧化物、 有机高分子半导体材料以及小分子有机物构成的。然而，无机金属氧化物的电子能级难以 调控，因此与电池中其他层中材料的能级匹配程度较差;有机高分子材料分子量大，提纯困 难，并且不易实现大规模生产;而上述小分子有机物，如2,2'，7,7'_四[N，N-二(4-甲氧基苯 基)氨基]-9，9 ' -螺二荷(Sp iro-OMeTAD)等物质，合成方法复杂，价格昂贵，为黄金价格的五 倍，并且稳定性较差。因此，采用上述材料作为空穴传输层的钙钛矿太阳能电池的成本很难 降低，也难以实现产业化生产。Jangwon Seo等人发表在Advanced Energy Matreials上的 论文中（Jangwon Seo,Nam JoongJeon ,ffoon Seok Yang et. Adv. Energy Amter.2015 1501320)，将异丁基铜酞菁用于钙钛矿太阳能电池作为空穴传输层，在一定程度上缓解了 上述问题，但其未在器件稳定性上做出进一步探讨。
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一或提供一种 额外的解决途径。为此，本发明提出了一种太阳能电池。该太阳能电池的空穴传输层中为金 属酞菁配合物。酞菁有机小分子材料具有优良的光热稳定性、耐水氧、合成简易、提纯工艺 简单、适合大规模生产。此外，通过对金属酞菁配合物进行功能化修饰，还可以改变该配合 物溶解度、空穴迀移率、功函数等性能，提高金属酞菁配合物与太阳能电池其它结构的匹配 程度。由此，可以降低该太阳能电池的生产成本，并且易于控制空穴传输层的电子能级，有 利于提高该太阳能电池的使用寿命以及电池性能。本发明所提出的太阳能电池中所采用的 金属酞菁配合物具有合成成本低，绿色环保，条件温和的特点，且利用上述金属酞菁配合物 作为空穴传输层的太阳能电池，同等条件下在光电转换效率、电池稳定性方面优于Jangwon Seo等人所公开的太阳能电池。
[0006] 具体地，在本发明的一个方面，本发明提出了一种太阳能电池。根据本发明的实施 例，该太阳能电池包括：电极;吸光层，所述吸光层设置在所述电极的下表面;空穴传输层， 所述空穴传输层设置在所述吸光层的下表面，所述空穴传输层含有金属酞菁配合物；以及 对电极，所述对电极设置在所述空穴传输层的下表面，其中，所述金属酞菁配合物具有式I 所示的通式，
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[0008] 其中，Μ为中心金属，所述中心金属包括选自二价Cu、二价Zn、二价Ni、二价Pd、二价 Sn、二价Pt，非二价A1、非二价V以及非二价Ti中的至少之一 Ri~Rs分别独立地选自氢原子、 碳数为1~18的直链烷基、碳数为1~18的支链烷基以及碳数为1~18的树枝状烷基，前提 是，Ri~Rs不同时为氢，并且Ri~Rs不能同时满足下列条件：
[0009] (a)Ri和Rs之一是氢和甲基之一，Ri和Rs的另一个是氢和甲基之一的另一个；
[0010] (b)R2和1?3之一是氢和甲基之一，R2和R3的另一个是氢和甲基之一的另一个；
[001 1 ] (C)R4和1?5之一是氢和甲基之一，R4和R5的另一个是氢和甲基之一的另一个；以及
[001 2] (d)R6和R7之一是氢和甲基之一，R6和R7的另一个是氢和甲基之一的另一个；
[0013] 且办~1?8不能同时满足下列条件：
[0014] (6)1?1和1?8之一是氢和异丁基之一，Ri和Rs的另一个是氢和异丁基之一的另一个；
[001 5] (f )R2和1?3之一是氢和异丁基之一，R2和R3的另一个是氢和异丁基之一的另一个； [0016] (g)R4和R5之一是氢和异丁基之一，R4和R5的另一个是氢和异丁基之一的另一个； 以及
[0017] (h)R6和R7之一是氢和异丁基之一，R6和R7的另一个是氢和异丁基之一的另一个。
[0018]由此，可以提高空穴传输层与吸光层的能级匹配程度，降低成本，并对吸光层起到 钝化以及保护的作用。
[0019]根据本发明的实施例，所述太阳能电池为介观结构妈钛矿太阳能电池。由此，可以 利用具有介观结构的材料构成钙钛矿太阳能电池，从而可以提高太阳能电池的性能。
[0020] 根据本发明的实施例，所述太阳能电池为平面结构钙钛矿太阳能电池。由此，可以 利用钙钛矿材料构成具有平面结构的太阳能电池，从而可以提高该太阳能电池的性能。
[0021] 在本发明的另一个方面，本发明提出了一种太阳能电池。根据本发明的实施例，该 太阳能电池包括:衬底，所述衬底包括选自透明玻璃以及透明聚合物膜的至少之一；电极， 所述电极设置在所述衬底的下表面，所述电极是由透明金属氧化物形成的；电子传输层，所 述电子传输层设置在所述电极的下表面;吸光层，所述吸光层设置在所述电子传输层的下 表面，所述吸收层包括通式为ΑΒΧ3的钙钛矿型化合物，其中，A为选自甲氨基、乙胺基以及支 链氨基的至少之一，B为铅或者锡，X为Cl、Br或者I;空穴传输层，所述空穴传输层设置在所 述吸光层远的下表面，所述空穴传输层含有金属酞菁配合物；以及对电极，所述对电极设置 在所述空穴传输层的下表面，其中，所述金属酞菁配合物具有式I所示的通式，
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[0024] 其中，Μ为中心金属，所述中心金属包括选自二价Cu、二价Zn、二价Ni、二价Pd、二价 Sn、二价Pt，非二价A1、非二价V以及非二价Ti中的至少之一 Ri~Rs分别独立地选自氢原子、 碳数为1~18的直链烷基、碳数为1~18的支链烷基以及碳数为1~18的树枝状烷基，前提 是，Ri~Rs不同时为氢，并且Ri~Rs不能同时满足下列条件：
[0025] (a)Ri和Rs之一是氢和甲基之一，Ri和Rs的另一个是氢和甲基之一的另一个；
[0026] (b)R2和1?3之一是氢和甲基之一，R2和R3的另一个是氢和甲基之一的另一个；
[0027] ( C)R4和1?5之一是氢和甲基之一，R4和R5的另一个是氢和甲基之一的另一个；以及
[0028] (d)R6和R7之一是氢和甲基之一，R6和R7的另一个是氢和甲基之一的另一个；
[0029] 且Ri~Rs不能同时满足下列条件：
[0030] (6)1?1和1?8之一是氢和异丁基之一，Ri和Rs的另一个是氢和异丁基之一的另一个；
[0031 ] (f )R2和1?3之一是氢和异丁基之一，R2和R3的另一个是氢和异丁基之一的另一个；
[0032] (g)R4和R5之一是氢和异丁基之一，R4和R5的另一个是氢和异丁基之一的另一个； 以及
[0033] (h)R6和R7之一是氢和异丁基之一，R6和R7的另一个是氢和异丁基之一的另一个。
[0034 ]由此，可以降低该太阳能电池的成本，延长电池寿命，提高电池光电转换效率。
[0035]根据本发明的实施例，所述透明聚合物膜是由选自聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二 醇酯、聚丙烯以及聚乙烯的至少之一形成的；所述透明金属氧化物包括选自氧化铟锡、氟掺 杂锡氧化物以及铝掺杂锌氧化物的至少之一;所述电极的方块电阻为5~120欧姆/□，优选 8~30欧姆/□。由此，可以进一步提尚该太阳能电池的性能。
[0036]根据本发明的实施例，所述电子传输层包括选自Ti02、Sn02、Zn0、富勒烯以及PCBM 的至少之一，所述电子传输层的厚度为20~150nm，优选20~50nm;所述吸光层的厚度为100 ~1200nm，优选100~400nm。由此，可以进一步提高该太阳能电池的性能。
[0037]在本发明的有一个方面，本发明提出了一种制备前面所述的太阳能电池的方法， 该方法包括：（1)提供衬底，在所述衬底的下表面通过溅射形成电极；（2)在所述电极的下表 面形成电子传输层，所述电子传输层是通过溶液成膜技术或者原子层