CN110212093A - 一种太阳能电池及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种太阳能电池及其制备方法。该太阳能电池依次包括：透明电极层、空穴传输层、P型掺杂层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极层；P型掺杂层的厚度为5nm‑30nm。本发明还提供了上述太阳能电池的制备方法。本发明的太阳能电池通过在空穴传输层和钙钛矿层之间加入一层特定厚度的P型掺杂层，提高了器件的开路电压和能量转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种太阳能电池，尤其涉及一种高效率的钙钛矿太阳能电池，属于太阳能电池技术领域。
背景技术
目前，全球能源危机日益严重，相关研究者在不停地研究新型的、高效的、无污染的可持续能源体系来缓解这一窘境。在所有的能源体系中，太阳能电池因为绿色无污染，高效可持续，并且可以源源不断地将太阳能转换为方便使用的电能而得到了广泛的研究。目前已经商业化的硅太阳能电池得到了广泛的应用，但是由于硅太阳能电池成本高，耗材严重，并且不适合制备柔性器件等问题，还需不断开发新的太阳能电池。
钙钛矿太阳能电池作为一种新型的薄膜太阳能电池，能量转换效率有很大提高，大面积和稳定性也得到了很好的发展。钙钛矿太阳能电池主要有两种结构，一种是正式结构，即电子传输层-钙钛矿层-空穴传输层的结构；另一种是反式结构，即空穴传输/钙钛矿层电子传输层的结构。由于反式器件的结构简单，低温加工和稳定性好等特点，更加合适未来商业化。基于PEDOT：PSS的反式器件效率已突破13％，基于PTAA的反式器件的效率可以超过18％，但是相比于正式器件，反式器件的能量转换效率较低，最主要的原因是反式器件的开路电压较低。
为了提高反式器件的开路电压，LiMing Ding(Zuo C,Ding L.Modified PEDOTLayer Makes a 1.52V Voc for Perovskite/PCBM Solar Cells[J].Advanced EnergyMaterials,2016.)通过在PEDOT：PSS里面掺杂PSSNa，通过改善PEDOT：PSS和钙钛矿之间的能级匹配，使基于PEDOT：PSS的反式器件的开路电压达到了1.11V。黄劲松(Wang Q,Bi C,Huang J.Doped hole transport layer for efficiency enhancement in planarheterojunction organolead trihalide perovskite solar cells[J].Nano Energy,2015,15:275-280.)通过用F4TCNQ掺杂PTAA，使得基于PTAA的反式器件的开路电压达到1.09，能量转换效率达到17.5％。韩礼元(Chen W,Wu Y,Yue Y,et al.Efficient andstable large-area perovskite solar cells with inorganic charge extractionlayers[J].Science,2015:science.aad1015.)通过无机掺杂将基于氧化镍的大面积(1cm2)反式钙钛矿太阳能电池的开路电压提高至1.07V。
但是，以上提高器件性能的方法适用范围比较小，只能对特定的材料使用，比如PSSNa无法在PTAA和氧化镍中起作用。
因此，开发一种适用性广，可以有效提高反式钙钛矿太阳能电池性能尤其是开路电压的方法，在未来的产业化进程中至关重要。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种适用范围广、具有较高的开路电压的太阳能电池。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种太阳能电池，该太阳能电池依次包括：
透明电极层、空穴传输层、P型掺杂层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极层；
其中，P型掺杂层的厚度为5nm-30nm。
本发明的太阳能电池通过在空穴传输层和钙钛矿层之间加入一层特定厚度的P型掺杂层，一方面可以提高空穴传输材料的空穴提取和传输能力，减小载流子的界面复合；另一方面，P型掺杂层材料通过扩散分散在钙钛矿晶界处可以减小钙钛矿的缺陷，减小钙钛矿内部的载流子复合；通过以上两个方面的作用，进而提高器件的能量转换效率，尤其是开路电压可以得到明显的提高。
在本发明的一具体实施方式中，P型掺杂层采用的P型掺杂剂可以为下列物质中的一种或几种的组合：
本发明采用的P型掺杂剂的LUMO能级和空穴传输材料的HOMO能级(价带)接近，可以使空穴传输层HOMO能级(价带)上的电子轻松跃迁到P型掺杂层的LUMO能级，提高空穴传输层的空穴浓度，使得空穴传输层的功函数降低，进而提高器件的开路电压。
在本发明的一具体实施方式中，P型掺杂层是通过以下步骤制备得到的：
将P型掺杂剂溶于DMF和/或DMSO的溶剂中，得到浓度为0.5mg/mL-8mg/mL的P型掺杂液；
将P型掺杂液在1500rmp/s-3000rmp/s的转速下，旋涂在空穴传输层上，在75℃-150℃加热10min-30min，完成P型掺杂层的涂覆。
在本发明的一具体实施方式中，透明电极层由氧化铟锡或掺杂氟的二氧化锡形成。
在本发明的一具体实施方式中，空穴传输层由氧化镍、聚3，4-乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺形成。
在本发明的一具体实施方式中，钙钛矿层为MAPbI3、FAPbI3或(CsxMAyFA1-x-y)Pb(IuBrvCl1-u-v)3，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1。
在本发明的一具体实施方式中，电子传输层由PCBM(PCBM是一个富勒烯衍生物，分子式是[6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester，[6,6]-苯基c61-丁酸甲酯)或BCP(浴铜灵)组成。
在本发明的一具体实施方式中，金属电极层由银形成。
本发明的太阳能电池通过在空穴传输层和钙钛矿层之间加入一层特定厚度的P型掺杂层，可以提高器件的能量转换效率和开路电压。对该太阳能电池中透明电极层、空穴传输层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极层中的材料没有限制。
比如，太阳能电池中空穴传输层可以为无机空穴传输层，也可以为有机空穴传输层，适合各种型号和种类的太阳能电池。
本发明的太阳能电池可以为钙钛矿太阳能电池，具体可以为一种反式钙钛矿太阳能电池。本发明的太阳能电池包括但不限于钙钛矿太阳能电池，也可以为有机太阳能电池，OLED等。
本发明还提供了上述太阳能电池的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
在透明电极层上制备空穴传输层；
在空穴传输层上制备P型掺杂层；
在P型掺杂层上制备钙钛矿层；
在钙钛矿层上制备电子传输层；
在电子传输层上制备金属电极层。
在本发明的另一具体实施方式中，制备P型掺杂层的步骤包括：
将P型掺杂剂溶于DMF和/或DMSO的溶剂中，得到浓度为0.5mg/mL-8mg/mL的P型掺杂液；
将P型掺杂液在1500rmp/s-3000rmp/s的转速下，旋涂在空穴传输层上，在75℃-150℃加热10min-30min。
将P型掺杂剂制成特定浓度的P型掺杂液，可以实现对P型掺杂层厚度的控制。
在本发明的另一具体实施方式中，采用的P型掺杂剂可以为下列物质中的一种或多种：
本发明的太阳能电池采用的P型掺杂层只是修饰层，主要作用是降低空穴传输材料的功函数，使得空穴传输材料空穴浓度增加，导电性增加；使得能级和钙钛矿材料更加匹配，提高开路电压。
本发明的太阳能电池的制备方法包括但不限于钙钛矿太阳能电池，也可以用于制备有机太阳能电池、OLED等。当制备有机太阳能电池或OLED时，本领域技术人员可以根据实际情况进行适当的调整。
本发明的太阳能电池在提高器件开路电压的同时，不会使器件的短路电流和填充因子下降，反而使短路电流有所提高，具有较高的能量转换效率。
本发明的钙钛矿太阳能电池的制备工艺简单，适用性广，重复率低，成本低，适合在钙钛矿太阳能电池产业化中应用。
附图说明
图1是本发明实施例1中的钙钛矿太阳能电池的结构示意图。
主要附图符号说明
1透明电极层 2空穴传输层 3 P型掺杂层 4钙钛矿层 5电子传输层 6空穴阻挡层7金属电极层
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。
实施例1
本实施例的太阳能电池采用FTO玻璃为透明电极层1，氧化镍为空穴传输层2，Mo(td)3的DMF溶液制备P型掺杂层3，MAPbI3为钙钛矿层4，PCBM为电子传输层5，BCP为空穴阻挡层6，银电极为金属电极层7，其结构如图1所示。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的到点玻璃备用。
(2)溶解400mg乙酰丙酮镍于40mL的乙腈溶剂，搅拌3小时备用，使用时将(1)玻璃加热至600℃保温半小时，将乙酰丙酮镍溶液均匀喷洒在玻璃上，然后600℃保温半小时，之后降温至150℃保温即可。
(3)将Mo(td)3溶于DMF溶剂，形成2mg/mL的溶液，使用时滴加50uL于(2)的氧化镍上，然后1500rmp/s旋涂30s，75℃加热10分钟。
(4)配制1.25M的MAPbI3前驱体溶液，将1728.75mg的PbI2和595.9mg的MAI(摩尔比1:1)溶解于1.5mL的DMF和1.5mL的DMSO混合溶剂(体积比1：1)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(3)制备的P型掺杂层上，先1000rmp/s旋涂8s，然后5000rmp/s旋涂12s时用1mL反溶剂氯苯冲洗，冲完氯苯取下在加热台上105℃加热10min。
(5)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(6)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(7)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种高效率的反式钙钛矿太阳能电池。
对比例1
本对比例的太阳能电池采用氧化镍为空穴传输层，MAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的到点玻璃备用。
(2)溶解400mg乙酰丙酮镍于40mL的乙腈溶剂，搅拌3小时备用。使用时将(1)玻璃加热至600℃保温半小时，将乙酰丙酮镍溶液均匀喷洒在玻璃上，然后600℃保温半小时，之后降温至150℃保温即可。
(3)配制1.25M的MAPbI3前驱体溶液，将1728.75mg的PbI2和595.9mg的MAI(摩尔比1:1)溶解于1.5mL的DMF和1.5mL的DMSO混合溶剂(体积比1：1)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(3)制备的P型掺杂层上，先1000rmp/s旋涂8s，然后5000rmp/s旋涂12s时用1mL反溶剂氯苯冲洗，冲完氯苯取下在加热台上105℃加热10min。
(4)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75ul的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(5)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(6)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种反式钙钛矿太阳能电池。
实施例2
本实施例的太阳能电池采用PTAA为空穴传输层，HATCN的DMF和DMSO混合溶液(体积比5:1)制备P型掺杂层，MAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)溶解PTAA于甲苯中，形成5mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液于(1)制备的ITO玻璃上，3000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(3)溶解HATCN于DMF和DMSO的混合溶剂中(体积比5：1)，形成1mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂时将50ul的溶液滴加在(2)制备的PTAA薄膜上，1500rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(4)配制1M的PbI2前驱体溶液(DMF)，和10mg/mL的MAI溶液(IPA)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75ul的PbI2溶液在(3)制备的P型掺杂层上，3000rmp/s旋涂30s，80℃加热10min，然后在2000rmp/s旋涂时滴加50ul的MAI溶液，105℃加热10min。
(5)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75ul的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(6)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(7)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种高效率的反式钙钛矿太阳能电池。
对比例2
本对比例的太阳能电池采用PTAA为空穴传输层，MAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)溶解PTAA于甲苯中，形成5mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液于(1)制备的ITO玻璃上，3000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(3)配制1M的PbI2前驱体溶液(DMF)，和10mg/mL的MAI溶液(IPA)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的PbI2溶液在(3)制备的P型掺杂层上，3000rmp/s旋涂30s，80℃加热10min，然后在2000rmp/s旋涂时滴加50uL的MAI溶液，105℃加热10min。
(4)配制20mg/ml的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75ul的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(5)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(6)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种反式钙钛矿太阳能电池。
实施例3
本实施例的太阳能电池采用PEDOT：PSS为空穴传输层，F4TCNQ的DMF和DMSO混合溶液制备P型掺杂层，MAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)将PEDOT：PSS(CLEVIOSTMP VP AI 4083)溶液滴加70uL于(1)玻璃上，3000rmp/s旋涂40s，然后120℃加热20分钟。
(3)溶解F4TCNQ于DMF和DMSO的混合溶剂中(体积比5：1)，形成2mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂时将50ul的溶液滴加在(2)制备的PTAA薄膜上，1500rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(4)配制1.25M的MAPbI3前驱体溶液，将1728.75mg的PbI2和595.9mg的MAI(摩尔比1:1)溶解于1.5mL的DMF和1.5mL的DMSO混合溶剂(体积比5：1)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(3)制备的P型掺杂层上，先1000rmp/s旋涂8s，然后5000rmp/s旋涂12s时用1mL反溶剂氯苯冲洗，冲完氯苯取下在加热台上105℃加热10min。
(5)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(6)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(7)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种高效率的反式钙钛矿太阳能电池。
对比例3
本对比例的太阳能电池采用PEDOT：PSS为空穴传输层，MAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)将PEDOT：PSS(CLEVIOSTMP VP AI 4083)溶液滴加70uL于(1)玻璃上，3000rmp/s旋涂40s，然后120℃加热20分钟。
(3)配制1.25M的MAPbI3前驱体溶液，将1728.75mg的PbI2和595.9mg的MAI(摩尔比1:1)溶解于1.5mL的DMF和1.5mL的DMSO混合溶剂(体积比5：1)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(3)制备的P型掺杂层上，先1000rmp/s旋涂8s，然后5000rmp/s旋涂12s时用1mL反溶剂氯苯冲洗，冲完氯苯取下在加热台上105℃加热10min。
(4)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(5)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(6)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种反式钙钛矿太阳能电池。
实施例4
本实施例的太阳能电池采用氧化镍为空穴传输层，F2TCNQ的DMF合溶液制备P型掺杂层，FAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)溶解400mg乙酰丙酮镍于40mL的乙腈溶剂，搅拌3小时备用。使用时将(1)玻璃加热至600℃保温半小时，将乙酰丙酮镍溶液均匀喷洒在玻璃上，然后600℃保温半小时，之后降温至150℃保温即可。
(3)溶解F2TCNQ于DMF溶剂中，形成2mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂时将50uL的溶液滴加在(2)制备的PTAA薄膜上，1500rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(4)配制1M的PbI2前驱体溶液(DMF)，和10mg/mL的FAI溶液(IPA)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的PbI2溶液在(3)制备的P型掺杂层上，3000rmp/s旋涂30s，100℃加热5min，然后在2000rmp/s旋涂时滴加50uL的FAI溶液，105℃加热10min。
(5)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(6)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液逐滴滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(7)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种高效率的反式钙钛矿太阳能电池。
对比例4
本对比例的太阳能电池采用氧化镍为空穴传输层，FAPbI3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)溶解400mg乙酰丙酮镍于40mL的乙腈溶剂，搅拌3小时备用。使用时将(1)玻璃加热至600℃保温半小时，将乙酰丙酮镍溶液均匀喷洒在玻璃上，然后600℃保温半小时，之后降温至150℃保温即可。
(3)配制1M的PbI2前驱体溶液(DMF)，和10mg/mL的FAI溶液(IPA)，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的PbI2溶液在(3)制备的P型掺杂层上，3000rmp/s旋涂30s，100℃加热5min，然后在2000rmp/s旋涂时滴加50uL的FAI溶液，105℃加热10min。
(4)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75ul的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(5)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液逐滴滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(6)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种反式钙钛矿太阳能电池。
实施例5
本实施例的太阳能电池采用PTAA为空穴传输层，TCNQ的DMSO溶液制备P型掺杂层，(CsMAFA)Pb(IBr)3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)溶解PTAA于甲苯中，形成5mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75ul的溶液于(1)制备的ITO玻璃上，3000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(3)溶解TCNQ于DMSO的混合溶剂中，形成4mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂时将50ul的溶液滴加在(2)制备的PTAA薄膜上，1500rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(4)溶解0.2mmol的PbBr2，1.05mmol的PbI2，0.1mmol的CsI于600uL的DMF和80uL的DMSO混合溶剂中，将70mg的FAI和12mg的MABr溶于1mL的IPA中，形成溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的铅前驱体溶液(3)制备的P型掺杂层上，3000rmp/s旋涂13s，然后滴加MA和FA前驱体溶液50uL，旋涂完105℃加热10min。
(5)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热20分钟。
(6)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(7)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种高效率的反式钙钛矿太阳能电池。
对比例5
本对比例的太阳能电池采用PTAA为空穴传输层，(CsMAFA)Pb(IBr)3为钙钛矿材料，PCBM为电子传输层，BCP为空穴阻挡层，银电极为阴极。
具体步骤如下：
(1)先用无纺布擦拭FTO玻璃，然后用洗洁***、蒸馏水、酒精和丙酮分别超声洗20分钟，然后用氮气加速丙酮蒸发得到干净的玻璃备用。
(2)溶解PTAA于甲苯中，形成5mg/mL的溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液于(1)制备的ITO玻璃上，3000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热10分钟。
(3)溶解0.2mmol的PbBr2，1.05mmol的PbI2，0.1mmol的CsI于600uL的DMF和80uL的DMSO混合溶剂中，将70mg的FAI和12mg的MABr溶于1mL的IPA中，形成溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的铅前驱体溶液(3)制备的P型掺杂层上，3000rmp/s旋涂13s，然后滴加MA和FA前驱体溶液50uL，旋涂完105℃加热10min。
(4)配制20mg/mL的PCBM的氯苯溶液，搅拌24小时备用。旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时滴加75uL的溶液在(4)钙钛矿层上，2000rmp/s旋涂30s，然后75℃加热20分钟。
(5)将BCP溶于甲醇形成饱和溶液，旋涂前用0.45um的有机滤头过滤，旋涂时将120uL的BCP溶液滴加在5000rmp/s旋转的PCBM上，旋涂完75℃加热10min。
(6)最后在(6)制备的BCP上蒸镀100nm厚的银，蒸镀速度1-4A/s，真空度2.3×10- 4Pa，得到一种反式钙钛矿太阳能电池。
将实施例1-实施例5，对比例1-对比例5的太阳能电池进行短路电流密度、开路电压、填充因子和能量转化效率的测试，结果如表1所示。
I-V测试条件为：室温环境，AM1.5G光源，氙灯太阳光模拟器，电池有效面积0.1cm2。
测试方法：扫描电压-0.2到1.2V，阶跃电压10mV。
表1
由表1可以看出，本发明的钙钛矿太阳能电池在提高器件开路电压的同时，不会使器件的短路电流和填充因子下降，反而使短路电流有所提高，具有较高的能量转换效率。
Claims (10)
1.一种太阳能电池，其特征在于，该太阳能电池依次包括：透明电极层、空穴传输层、P型掺杂层、钙钛矿层、电子传输层和金属电极层；
其中，所述P型掺杂层的厚度为5nm-30nm。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述P型掺杂层采用的P型掺杂剂为下列物质中的一种或几种的组合：
3.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述P型掺杂层是通过以下步骤制备得到的：
将P型掺杂剂溶于DMF和/或DMSO的溶剂中，得到浓度为0.5mg/mL-8mg/mL的P型掺杂液；
将所述P型掺杂液在1500rmp/s-3000rmp/s的转速下，旋涂在空穴传输层上，在75℃-150℃加热10min-30min，完成P型掺杂层的涂覆。
4.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述透明电极层由氧化铟锡或掺杂氟的二氧化锡形成的。
5.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述空穴传输层由氧化镍、聚3，4-乙烯二氧噻吩、聚苯乙烯磺酸盐或聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺形成。
6.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述钙钛矿层为MAPbI3、FAPbI3或(CsxMAyFA1-x-y)Pb(IuBrvCl1-u-v)3，其中，0≤x≤1，0≤y≤1，0≤u≤1，0≤v≤1。
7.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层由PCBM或BCP组成。
8.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，所述金属电极层由银形成。
9.权利要求1-8任一项所述的太阳能电池的制备方法，其特征在于，该制备方法包括以下步骤：
在透明电极层上制备空穴传输层；
在空穴传输层上制备P型掺杂层；
在P型掺杂层上制备钙钛矿层；
在钙钛矿层上制备电子传输层；
在电子传输层上制备金属电极层。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，制备P型掺杂层的步骤包括：
将P型掺杂剂溶于DMF和/或DMSO的溶剂中，得到浓度为0.5mg/mL-8mg/mL的P型掺杂液；
将所述P型掺杂液在1500rmp/s-3000rmp/s的转速下，旋涂在空穴传输层上，在75℃-150℃加热10min-30min，完成P型掺杂层的涂覆。
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