本發(fā)明屬于太陽能電池領(lǐng)域，具體涉及一種以碳納米點(diǎn)界面修飾的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法。
背景技術(shù)：
：全球氣候變化已經(jīng)成為人類面臨的共同挑戰(zhàn)，開發(fā)和利用可再生的清潔能源顯得日益迫切。太陽能電池利用清潔且可再生的太陽能源，將太陽能轉(zhuǎn)換成電能。在實(shí)際應(yīng)用中，硅基太陽能電池由于成熟的工藝得到了廣泛的應(yīng)用，占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。但是由于硅基太陽能電池制備的高能耗和高成本，開發(fā)低成本和高效率的新型太陽能電池引起人們的廣泛研究興趣。鈣鈦礦太陽能電池利用有機(jī)金屬鹵化物半導(dǎo)體作為光吸收材料，因其具有鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)abx3而得名，其中a是一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽離子(ch3nh3+,hc(nh2)2+,cs+)，b是二價(jià)金屬離子(pb2+，sn2+，ge2+)，x是鹵素陰離子(i-,br-,cl-)。鈣鈦礦材料mapbx3(ma＝ch3nh3+，x＝i-orbr-)最初是作為染料敏化太陽能電池(dssc)的敏化劑，由于其在液體電解質(zhì)中不穩(wěn)定性，在2009年只得到3.8％的光電轉(zhuǎn)換效率。以有機(jī)金屬鹵化物為結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的鈣鈦礦材料具有優(yōu)異的光吸收和載流子傳輸性能，到2016年太陽能轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過20％，這使得其接近晶體硅太陽能電池和傳統(tǒng)的碲化鎘(cdte)和銅銦鎵錫(cigs)薄膜太陽能電池的效率，其優(yōu)異的性能和低廉的制備成本優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)引起了世界范圍的廣泛關(guān)注和研究興趣，迅速成為極具市場(chǎng)潛力的新型太陽能電池。鈣鈦礦太陽能電池光電轉(zhuǎn)換效率的提升不僅取決于光的吸收能力，還取決于載流子在鈣鈦礦結(jié)構(gòu)中的傳輸速率。電荷分離產(chǎn)生的自由電子和空穴必須迅速傳輸?shù)綄?duì)應(yīng)的電極之后才能產(chǎn)生光電流，電荷收集效率會(huì)受到界面復(fù)合損耗以及缺陷捕獲的影響。如果要在界面復(fù)合以及缺陷捕獲之前到達(dá)電極,就需要載流子具有較高的傳輸速率。在鈣鈦礦太陽能電池器件中，鈣鈦礦光吸收層與電子傳輸層、空穴傳輸層的界面處，存在大量界面缺陷。因此，提高太陽能電池性能的關(guān)鍵因素之一在于如何大幅度減小缺陷密度，提高載流子的傳輸速率。除了對(duì)鈣鈦礦太陽能電池每一層材料單獨(dú)進(jìn)行改進(jìn)之外，不同功能層之間的界面修飾和調(diào)控顯得尤為重要。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種以碳納米點(diǎn)界面修飾的鈣鈦礦太陽能電池，其提高了界面載流子傳輸速率，減少?gòu)?fù)合幾率，有效提高鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供上述太陽能電池的制備方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種以碳納米點(diǎn)界面修飾的鈣鈦礦太陽能電池，其特征在于：所述太陽能電池結(jié)構(gòu)依次為：基底、透明導(dǎo)電電極、電子傳輸層、碳納米點(diǎn)層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層和金屬電極。所述的碳納米點(diǎn)層中，碳納米點(diǎn)材料尺寸為5納米至15納米之間。所述的基底為聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂或聚醚砜樹脂制成的柔性基底，或者，為玻璃制成的剛性基底。所述的透明導(dǎo)電電極為氧化銦錫ito、摻氟氧化錫fto或摻鋁氧化鋅azo。所述的電子傳輸層為氧化鈦、氧化鋅或石墨烯，厚度為5納米至100納米之間。所述的鈣鈦礦光吸收層是具有鈣鈦礦通式結(jié)構(gòu)abx3的材料，其中a是一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽離子，b是二價(jià)金屬離子，x是鹵素陰離子，厚度為200納米至500納米之間。所述的空穴傳輸層采用空穴傳輸層spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，厚度為5納米至150納米之間。所述的金屬電極為金、銀或鋁金屬，厚度為50納米至200納米之間。上述以碳納米點(diǎn)界面修飾的鈣鈦礦太陽能電池的制備方法，其特征在于包括以下步驟：在濺射有透明導(dǎo)電電極的基底上，依次旋涂電子傳輸層、碳納米點(diǎn)層、鈣鈦礦光吸收層、空穴傳輸層，最后熱蒸鍍金屬電極。本發(fā)明采用碳納米點(diǎn)界面修飾鈣鈦礦太陽能電池電子傳輸層的器件設(shè)計(jì)，在電子傳輸材料層之上，應(yīng)用合成的碳納米點(diǎn)，提高電子傳輸速率，減小界面復(fù)合幾率，提高了鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率，制備工藝簡(jiǎn)單，顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的整體性能。為了能更進(jìn)一步闡述本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的附圖，但附圖僅為提供參考與說明，并非用于對(duì)本發(fā)明加以限制。附圖說明圖1為本發(fā)明的以碳納米點(diǎn)界面修飾鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)示意圖。其中：透明導(dǎo)電電極1、電子傳輸層2、碳納米點(diǎn)層3、鈣鈦礦光吸收層4、空穴傳輸層5、金屬電極6、基底7。具體實(shí)施方式本發(fā)明采用以碳納米點(diǎn)界面修飾電子傳輸層的器件設(shè)計(jì),如圖1所示，所述太陽能電池結(jié)構(gòu)依次為：基底7、透明導(dǎo)電電極1、電子傳輸層2、碳納米點(diǎn)層3、鈣鈦礦光吸收層4、空穴傳輸層5和金屬電極6。優(yōu)選的，碳納米點(diǎn)層3中，碳納米點(diǎn)材料尺寸為5納米至15納米之間?；?為聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇脂或聚醚砜樹脂等制成的柔性基底，或者，為玻璃等制成的剛性基底。透明導(dǎo)電電極1為氧化銦錫ito、摻氟氧化錫fto或摻鋁氧化鋅azo。電子傳輸層2為氧化鈦、氧化鋅或石墨烯，厚度為5納米至100納米之間。鈣鈦礦光吸收層4是具有鈣鈦礦通式結(jié)構(gòu)abx3的材料，其中a是一價(jià)有機(jī)或無機(jī)陽離子(ch3nh3+,hc(nh2)2+,cs+等)，b是二價(jià)金屬離子(pb2+，sn2+，ge2+等)，x是鹵素陰離子(i-,br-,cl-等)，厚度為200納米至500納米之間。空穴傳輸層5采用空穴傳輸層spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，厚度為5納米至150納米之間。金屬電極6為金、銀或鋁金屬，厚度為50納米至200納米之間。制備時(shí)，在濺射有透明導(dǎo)電電極1的基底7上，依次旋涂電子傳輸層2、碳納米點(diǎn)層3、鈣鈦礦光吸收層4、空穴傳輸層5，最后熱蒸鍍金屬電極6，即可。以下通過具體的對(duì)比實(shí)施例和實(shí)施例子對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，但本發(fā)明并不限于此特定例子。對(duì)比例1：鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為：在濺射有透明導(dǎo)電電極1摻氟氧化錫fto的玻璃基底7上，依次旋涂電子傳輸層2(ti02)、鈣鈦礦光吸收層4甲胺鉛氯碘鹽ch3nh3pbi3-xclx、空穴傳輸層5spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，最后熱蒸鍍銀電極6。無封裝器件在25℃和30％-50％濕度下測(cè)試，太陽能轉(zhuǎn)換效率8.7％。實(shí)施例1：鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為：在濺射有透明導(dǎo)電電極1摻氟氧化錫fto的玻璃基底7上，依次旋涂電子傳輸層2(ti02)、碳納米點(diǎn)層3(20mol/l水溶液)、鈣鈦礦光吸收層4甲胺鉛氯碘鹽ch3nh3pbi3-xclx、空穴傳輸層5spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，最后熱蒸鍍銀電極6。無封裝器件在25℃和30％-50％濕度下測(cè)試，太陽能轉(zhuǎn)換效率10.0％。其中，用于旋涂碳納米點(diǎn)層3的碳納米點(diǎn)水溶液的制備方法可以采用目前常規(guī)的制備方法，例如：根據(jù)所需濃度，將適量的4,7,10-三氧-1,13-十三烷二胺、d-葡萄糖加入去離子水中形成澄清溶液，然后放入500瓦微波中10分鐘，隨后溶液由無色變?yōu)辄S色，最后變?yōu)榘底厣?，這種暗棕色溶液表明碳納米點(diǎn)形成，可用于本實(shí)施例進(jìn)行旋涂碳納米點(diǎn)層3。實(shí)施例2：鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為：在濺射有透明導(dǎo)電電極1摻氟氧化錫fto的玻璃基底7上，依次旋涂電子傳輸層2(ti02)、碳納米點(diǎn)層3(11mol/l水溶液，制備方法同實(shí)施例1)、鈣鈦礦光吸收層4甲胺鉛氯碘鹽ch3nh3pbi3-xclx、空穴傳輸層5spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，最后熱蒸鍍銀電極6。無封裝器件在25℃和30％-50％濕度下測(cè)試，太陽能轉(zhuǎn)換效率9.5％。實(shí)施例3：鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為：在濺射有透明導(dǎo)電電極1摻氟氧化錫fto的玻璃基底7上，依次旋涂電子傳輸層2(ti02)、碳納米點(diǎn)層3(8mol/l水溶液，制備方法同實(shí)施例1)、鈣鈦礦光吸收層4甲胺鉛氯碘鹽ch3nh3pbi3-xclx、空穴傳輸層5spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，最后熱蒸鍍銀電極6。無封裝器件在25℃和30％-50％濕度下測(cè)試，太陽能轉(zhuǎn)換效率9.3％。實(shí)施例4：鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為：在濺射有透明導(dǎo)電電極1摻氟氧化錫fto的玻璃基底7上，依次旋涂電子傳輸層2(ti02)、碳納米點(diǎn)層3(5mol/l水溶液，制備方法同實(shí)施例1)、鈣鈦礦光吸收層4甲胺鉛氯碘鹽ch3nh3pbi3-xclx、空穴傳輸層5spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，最后熱蒸鍍銀電極6。無封裝器件在25℃和30％-50％濕度下測(cè)試，太陽能轉(zhuǎn)換效率10.5％。實(shí)施例5：鈣鈦礦太陽能電池結(jié)構(gòu)為：在濺射有透明導(dǎo)電電極1摻氟氧化錫fto的玻璃基底7上，依次旋涂電子傳輸層2(ti02)、碳納米點(diǎn)層3(2mol/l水溶液，制備方法同實(shí)施例1)、鈣鈦礦光吸收層4甲胺鉛氯碘鹽ch3nh3pbi3-xclx、空穴傳輸層5spiro-ometad(2,2',7,7'-四[n,n-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴)，最后熱蒸鍍銀電極6。無封裝器件在25℃和30％-50％濕度下測(cè)試，太陽能轉(zhuǎn)換效率9.0％。各實(shí)施例中鈣鈦礦太陽能電池的太陽能轉(zhuǎn)換效率如表1所示。表1.太陽能轉(zhuǎn)換效率(％)對(duì)比例18.7實(shí)施例110.0實(shí)施例29.5實(shí)施例39.3實(shí)施例410.5實(shí)施例59.0注：器件測(cè)試條件為，無封裝條件下，25℃和30％-50％濕度下測(cè)試。綜上所述，本發(fā)明采用以碳納米點(diǎn)界面修飾電子傳輸層的器件設(shè)計(jì)，利用碳納米點(diǎn)材料優(yōu)異的電子傳輸性能，提高載流子的傳輸速率，減少界面缺陷復(fù)合幾率，顯著提高鈣鈦礦太陽能電池的器件性能，因此碳納米點(diǎn)可作為優(yōu)異的界面修飾材料應(yīng)用于鈣鈦礦太陽能電池。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案和技術(shù)構(gòu)思做出其它各種相應(yīng)的改變和變形，而所有這些改變和變形都應(yīng)屬于本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁12