本技術(shù)屬于電池，具體而言，提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和用電裝置。

背景技術(shù)：

1、鈣鈦礦太陽能電池的層結(jié)構(gòu)簡單，且采用的鈣鈦礦屬于合成材料，合成方法簡單，易于施用，因此鈣鈦礦電池具有制備工藝簡單的特點。此外，鈣鈦礦太陽能電池也因具有帶隙可調(diào)、光吸收效率及電荷收集效率高等特點而備受矚目。然而，入射光在作用于鈣鈦礦太陽能電池的各個功能層的過程中，會造成光和材料的損失，導(dǎo)致該類電池存在光電轉(zhuǎn)化效率低且穩(wěn)定性不高等問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述提到的問題，本技術(shù)的目的在于提供一種鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法和用電裝置。所述鈣鈦礦太陽能電池具有較高的光電轉(zhuǎn)化效率，且穩(wěn)定性高。

2、本技術(shù)的第一方面提供一種鈣鈦礦太陽能電池，包括第一電極、第二電極以及位于兩者之間的功能層，所述功能層包括依次層疊設(shè)置的空穴傳輸層、空穴鈍化層和鈣鈦礦吸收層；所述空穴鈍化層的材料包括自組裝分子，所述自組裝分子包括有機(jī)鹽和可選的有機(jī)酸，所述有機(jī)鹽和所述有機(jī)酸各自獨(dú)立地包括有機(jī)陰離子和陽離子；

3、所述有機(jī)陰離子的結(jié)構(gòu)如式1所示：

4、z-l-ar??式1

5、式1中，z表示頭基，且包括含羥基的酸性基團(tuán)失去氫所形成的帶負(fù)電荷基團(tuán)：

6、l表示連接基團(tuán)，且包括單鍵，或者碳原子數(shù)為1-10的取代或未取代的亞烷基；l中的各取代基獨(dú)立地包括氘、鹵素或氰基；

7、ar表示尾基，且包括碳原子數(shù)為6-50的取代或未取代的芳基，碳原子數(shù)為7-50的取代或未取代的雜芳基，碳原子數(shù)為12-30的取代或未取代的二芳胺基，或者碳原子數(shù)為18-50的取代或未取代的三芳胺基；ar中的各取代基獨(dú)立地包括氘、鹵素、氰基、羥基、羧基、酰氧基、碳原子數(shù)為1-6的烷基、碳原子數(shù)為1-6的烷氧基、碳原子數(shù)為1-6的鹵代烷基、碳原子數(shù)為6-12的芳基、碳原子數(shù)為6-12的鹵代芳基、碳原子數(shù)為5-18的雜芳基、碳原子數(shù)為2-10的二烷基胺基或碳原子數(shù)為6-18的二芳胺基；

8、所述有機(jī)酸中的陽離子為氫離子。

9、本技術(shù)的鈣鈦礦太陽能電池中，在功能層中引入包括有機(jī)鹽的自組裝分子的空穴鈍化層，一方面能實現(xiàn)對相鄰的空穴傳輸層的鈍化，防止鈣鈦礦因空穴傳輸材料而導(dǎo)致的降解，提高電池的穩(wěn)定性，另一方面，所引入的有機(jī)鹽也可阻止空穴傳輸材料因水氧導(dǎo)致的分解，減少載流子在界面處的復(fù)合，抑制水氧對于鈣鈦礦吸收層的影響，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

10、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述有機(jī)鹽中的陽離子包括一價金屬陽離子、二價金屬陽離子、三價金屬陽離子、nh4+或一價有機(jī)胺陽離子中的至少一種?？蛇x地，所述有機(jī)鹽中的陽離子包括堿金屬陽離子、堿土金屬陽離子、二價過渡金屬陽離子、sn2+、nh4+或碳原子數(shù)為1-5的一價有機(jī)胺陽離子中的至少一種。由此，所述有機(jī)鹽中陽離子可更有效彌補(bǔ)鈣鈦礦結(jié)晶過程中出現(xiàn)的位點缺陷，促進(jìn)載流子移動，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。進(jìn)一步地，所述有機(jī)鹽中的陽離子包括cs+、k+、rb+、ru+、mg2+、ca2+、pb2+、sr2+、ge2+、sn2+、cu2+、ni2+、nh4+、ma+、ea+或fa+中的至少一種。

11、在本技術(shù)的一些實施方式中，式1中，l包括碳原子數(shù)為1-6的取代或未取代的直鏈亞烷基，l中的各取代基獨(dú)立地包括氘、氟、溴、氯或氰基。由此，在降低整個自組裝分子空間位阻的同時，可有效調(diào)控能級，提高器件穩(wěn)定性。

12、在本技術(shù)的一些實施方式中，式1中，ar包括碳原子數(shù)為6-25的取代或未取代的芳基，碳原子數(shù)為7-40的取代或未取代的稠合雜芳基，碳原子數(shù)為12-20的取代或未取代的二芳胺基，或者碳原子數(shù)為18-45的取代或未取代的三芳胺基，稠合雜芳基中的雜原子包括n、s或o中的至少一種；ar中的各取代基獨(dú)立地包括氘、氟、溴、氯、羥基、羧基、酰氧基、苯基、咔唑基、甲基、乙基、正丙基、異丙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基或二苯胺基。由此，可控制所述自組裝分子的質(zhì)量，提高分子的穩(wěn)定性和溶解性。

13、在本技術(shù)的一些實施方式中，式1中，ar選自碳原子數(shù)為7-40的取代或未取代的稠合雜芳基或者碳原子數(shù)為18-45的取代或未取代的三芳胺基。由此，該自組裝分子可更有效地提取空穴，提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率。

14、在本技術(shù)的一些實施方式中，式1中，ar包括取代或未取代的基團(tuán)w；其中，未取代的基團(tuán)w選自以下基團(tuán)中的任一個：

15、

16、

17、表示連接鍵，取代的基團(tuán)w中，各取代基獨(dú)立地包括氘、溴、氟、氯、羥基、羧基、酰氧基、甲基、乙基、正丙基、異丙基、叔丁基、甲氧基或乙氧基。由此，在降低材料合成成本的同時，提高施用性。

18、在本技術(shù)的一些實施方式中，ar包括以下基團(tuán)中的任一個：

19、由此，自組裝分子與相鄰層的能級更匹配，從而提高電池的光電轉(zhuǎn)化效率及穩(wěn)定性。

20、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述含羥基的酸性基團(tuán)包括羧基、硼酸基、磺酸基或膦酸基中的至少一種。由此，能提高自裝分子的溶解性，并提高與空穴傳輸材料的結(jié)合能力。

21、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述自組裝分子為所述有機(jī)鹽。由此，以所述有機(jī)鹽為自組裝分子可進(jìn)一步提高空穴提取能力，提升對鈣鈦礦的浸潤性，彌補(bǔ)鈣鈦礦缺陷，從而提高電池的綜合性能。

22、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述自組裝分子包括所述有機(jī)鹽和所述有機(jī)酸，且所述有機(jī)鹽與所述有機(jī)酸的質(zhì)量之比為1∶(0.01-0.2)。由此，通過在自組裝分子中引入少量的有機(jī)酸，可促進(jìn)與空穴傳輸材料的結(jié)合。

23、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述空穴傳輸層的材料包括鎳氧化物。鎳氧化物的引入有利于提高電池的穩(wěn)定性，更重要地，鎳氧化物與自組裝分子配合，使通過包括所述有機(jī)鹽在內(nèi)的自組裝分子鈍化氧化鎳表面的三價鎳，可減少高價鎳與鈣鈦礦a位陽離子的反應(yīng)，使界面不存在鹵化物殘留，降低界面的非輻射復(fù)合，提升鈣鈦礦太陽能電池的開壓。

24、本技術(shù)的一些實施方式中，所述鈣鈦礦吸收層中，鈣鈦礦的化學(xué)式為abx3或a2cdx6，其中，a為一價陽離子，b為二價金屬陽離子，c為一價金屬陽離子，d為三價金屬陽離子，x為一價陰離子。

25、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述第一電極和所述第二電極中的一者為透明電極，所述透明電極的材料包括fto、ito、azo、bzo或izo中的至少一種。

26、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述功能層還包括電子傳輸層，所述電子傳輸層位于所述鈣鈦礦吸收層遠(yuǎn)離所述空穴鈍化層的一側(cè)。

27、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述電子傳輸層的材料包括氧化鋅、富勒烯或富勒烯衍生物中的至少一種，其中，所述富勒烯包括c60和/或c70，所述富勒烯衍生物包括(6,6)-苯基-c61-丁酸甲酯和/或(6,6)-苯基-c71-丁酸甲酯。由此，可提高對載流子的提取能力，減少開壓損失。

28、在本技術(shù)的一些實施方式中，所述功能層還包括電子鈍化層，所述電子鈍化層位于所述電子傳輸層遠(yuǎn)離所述鈣鈦礦吸收層的一側(cè)?？蛇x地，所述電子鈍化層的材料包括bcp和/或二氧化錫，由此，有利于提升電池的綜合性能。

29、本技術(shù)的第二方面提供一種制備所述鈣鈦礦太陽能電池的方法，包括：在第一電極上依次形成空穴傳輸層、空穴鈍化層和鈣鈦礦吸收層，制備功能層；在所述功能層上形成第二電極。

30、在本技術(shù)的一些實施方式中，還包括：在所述鈣鈦礦吸收層上形成電子傳輸層；

31、在本技術(shù)的一些實施方式中，還包括：在所述電子傳輸層上形成電子鈍化層。

32、在本技術(shù)的一些實施方式中，形成空穴鈍化層的方法包括：將含所述自組裝分子的溶液涂布在空穴傳輸層上。由此，自組裝分子易于溶解，以涂布方式形成空穴鈍化層，易于成膜，且操作簡單，成本低。

33、在本技術(shù)的一些實施方式中，含所述自組裝分子的溶液中，溶液中的溶劑包括水、甲醇、異丙醇、乙醇或氯苯中的至少一種。可選地，該溶液中，自組裝分子的濃度為0.1mg/ml-10mg/ml。

34、本技術(shù)的第三方面提供一種用電裝置，包括第一方面所述的鈣鈦礦太陽能電池。

35、本技術(shù)的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本技術(shù)的實踐了解到。