一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于太阳能电池领域，尤其涉及一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近年来，太阳能作为一种丰富且可持续利用的能源，吸引越来越多的科研人员致力于开发各类光伏器件，使其成为本世纪最具战略意义的研究领域。2009年以来，纳米晶薄膜太阳能电池因其工艺简单、成本低廉、工艺简单及环境友好等优点成为了光伏器件领域的研究热点。其中，无机/有机杂化钙钛矿太阳能电池是除染料敏化、量子点敏化太阳能电池、有机太阳能电池之外又一具有独特光电性能的新型纳米晶薄膜太阳能电池，其在光电转化效率、成本等方面均显示出巨大的优势。自2009年，以钙钛矿型有机铅卤化物CH3NH3PbX (X=Cl, I, Br)为吸光材料的钙钛矿太阳能电池首次被提出后，其光电转换效率不断提升。短短两年后，其光电转换效率已达到20.1%，并被《Science》评选为2013年十大科学突破之一，显示了极高的发展应用潜力，是新一代纳米晶薄膜太阳能电池研究的主要方向。
[0003]实现太阳能电池高转化效率的重要途径是进一步提高光伏器件对太阳光的光捕获和能量产生效应。而双面进光结构的钙钛矿太阳能电池可以使其能量产生效率大大提高。双面进光太阳能电池是指太阳光能同时从光阳极(正面入射)和对电极入射(反面入射)，此时器件在正、反面入射模式下都能工作，并且双面进光太阳能电池可实现整个器件的透明化。
[0004]双面进光钙钛矿太阳能电池的研究核心在于透明对电极。对电极在钙钛矿太阳能电池中起到有效传输空穴传输层及外电路载流子的作用；对电极的导电能力、电催化活性以及化学稳定性等方面的性能很大程度上决定了整个器件的光电性能。目前，在钙钛矿太阳能电池研究领域广泛采用的对电极材料为昂贵的纳米晶金薄膜，一方面如果要将其做成透明对电极，金薄膜厚度要控制在10 nm (Eperon, G.E.; Burlakov, V.Μ.; Goriely,A.; Snaithj H.J.Neutral color semitransparent microstructured perovskite solarcells, ACS Nano, 2014，8 ,591.)左右，此时金对电极的光透过率仅为20%。若通过减少厚度来增加对电极的光透过率，则又会因为削弱了金薄膜导电和光催化能力而降低器件的光电转化性能(Fang，X.; Maj T.; Guanj G.; Akiyamaj Μ.; Kidaj Τ.; Abe, E.Effectof the thickness of the Pt film coated on a counter electrode on the performanceof a dye-sensitized solar cell.J.Electroanal.Chem.2004，570，257);另一方面金薄膜一般通过磁控溅射或者热喷涂等高能耗高真空的设备进行制备，这大大增加了钙钛矿太阳能电池的制作成本，金对电极的使用使得钙钛矿太阳能电池几乎不可能投入大规牛旲的生广及应用D因此，进一步提1?光伏器件对太阳光的光捕获和能量广生效应，进而提1?器件光电转换效率，同时解决钙钛矿太阳能电池中对电极制备过程复杂且成本过高的技术问题是目前太阳能电池领域必须要解决的技术问题。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池及其制备方法。
[0006]为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为:
一种可双面进光的钙钛矿太阳能电池，包括依次层叠的透明导电基底A、光阳极层、钙钛矿吸收层、空穴传输层、对电极层和透明导电基底B;其中所述对电极层为透明聚合物对电极层。
[0007]上述的钙钛矿太阳能电池，优选的，所述透明聚合物对电极层为聚苯胺薄膜对电极、聚吡咯薄膜对电极或聚噻吩薄膜对电极。
[0008]上述的钙钛矿太阳能电池，优选的，所述透明导电基底A和透明导电基底B均为FTO导电玻璃；所述光阳极层为T12光阳极层。
[0009]上述的钙钛矿太阳能电池，优选的，所述钙钛矿吸收层为钙钛矿型甲胺铅碘吸收层；所述空穴传输层为spiro-OMeTAD空穴传输层。其中spiro-OMeTAD的中文名称为:2，2’，7，7’-四[N，N-二(4-甲氧基苯基)氨基]_9，9’-螺二芴；英文名称为:2，2’，7，7’_tetrakis (N, N-p-dimethoxy-phenylamino) -9, 9’ -spirobifluorene。
[0010]作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的可双面进光的钙钛矿太阳能电池的制备方法，包括以下步骤:
(1)在透明导电基底A上制备光阳极层；
(2)在光阳极层上制备钙钛矿吸收层；
(3)在钙钛矿吸收层上制备空穴传输层；
(4)采用循环伏安法在透明导电基底B上通过电化学聚合制备透明聚合物对电极层，将制备的透明聚合物对电极层盖在步骤(3)制备的空穴传输层上，干燥，即得到所述可双面进光的I丐钦矿太阳能电池。
[0011]上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，电化学聚合制备透明聚合物对电极层的过程如下:利用三电极体系，将透明导电基底B放入除空气后的单体电解溶液中，应用循环伏安法在FTO导电玻璃表面聚合形成导电聚合物薄膜层；同时控制聚合过程的扫描电位为-0.40?1.4 V，扫描速度为10 mV/s?80 mV/s，扫描循环圈数为5?70圈。
[0012]上述的制备方法，优选的，所述步骤(4)中，单体电解溶液为苯胺单体溶液、吡咯单体溶液或噻吩单体溶液。单体电解质溶液在使用前均需进行减压蒸馏处理。
[0013]上述的制备方法，优选的，所述步骤(I)中，制备光阳极层的具体过程为:使用旋转涂膜方法，将T12浆料旋涂于清洗干净的导电基底A表面，使之形成均匀平整薄膜，置于马弗炉中经400°C?450°C高温焙烧30?60 min，形成T12光阳极层。
[0014]上述的制备方法，优选的，所述步骤(2)中，制备钙钛矿吸收层的具体过程为:在二甲基甲酰胺中加入质量比为1.5?2:1的甲胺碘与碘化铅，在40?80°C恒温下搅拌12?20 h，形成均匀的甲胺铅碘溶液；再将所得的甲胺铅碘液旋转涂覆在步骤(I)所得的1102光阳极层上形成均匀的甲胺铅碘薄膜，并置于80?110°C下烘烤10?30 min，制成钙钛矿吸收层。
[0015]上述的制备方法，优选的，所述步骤(3)中，空穴传输层的制备过程为:在氯苯中加入spiro-OMeTAD、二(三氟甲磺酰)亚胺锂及4-叔丁基吡啶，在60?100°C下搅拌12?20h形成spiro-OMeTAD空穴传输材料溶液；将所得的spiro-OMeTAD空穴传输材料溶液滴加到步骤(2)所制备的钙钛矿吸收层上，静置10?30min形成粘稠状的空穴传输材料层；其中所述spiro-OMeTAD空穴传输材料溶液中各原料质量百分含量为:4.5?7.0wt%的spiro-OMeTAD, 92?99.5wt%的氯苯，0.1?0.4wt%的二(三氟甲磺酰)亚胺锂和0.05?0.09wt%的4-叔丁基吡啶。
[0016]本发明的可双面进光的钙钛矿太阳能电池的制备原理:是基于采用低成本、电化学催化活性良好、制备工艺简单可控的导电聚合物透明对电极，对电极的厚度和均匀平整度可通过调整扫描电位范围、扫描速度及扫描圈数等参数来控制，并采用相应电化学检测调控最适合电子和空穴传输材料的能带，从而提高电子和空穴的传输速率，制备出高效率的低成本双面进光钙钛矿太阳能电池。
[0017]与现有技术相比，本发明的优点在于:
I)本发明的可双面进光的钙钛矿太阳能电池采用聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩作为透明对电极，相比于纳米晶金薄膜对电极及铂对电极成本低廉。
[0018]2)本发明的制备方法简单易行，无需特殊条件及设备，所制备的透明聚合物对电极可实现钙钛矿太阳能电池器件的双面进光，且只需通过对制备工艺参数的调控