本發(fā)明涉及太陽能電池，具體為一種反式鈣鈦礦太陽能電池的新型空穴傳輸層。

背景技術：

1、隨著全球對清潔能源需求的不斷增長，太陽能作為一種清潔、可再生能源，在能源領域的地位日益重要，太陽能電池作為將太陽能轉化為電能的核心器件，其性能的提升對于推動太陽能的廣泛應用具有關鍵意義，鈣鈦礦太陽能電池以其獨特的晶體結構和優(yōu)異的光電性能，在短短十幾年間實現(xiàn)了光電轉換效率的快速提升，成為太陽能電池領域的研究熱點；

2、反式鈣鈦礦太陽能電池因其結構穩(wěn)定性好、制備工藝簡單、可與傳統(tǒng)硅基太陽能電池集成等優(yōu)勢，展現(xiàn)出巨大的商業(yè)化應用潛力，在反式鈣鈦礦太陽能電池的結構中，空穴傳輸層（htl）扮演著至關重要的角色，它需要具備良好的空穴傳輸能力，以便高效地收集和傳輸鈣鈦礦層產生的空穴，同時，還需要與鈣鈦礦層和對電極具有良好的能級匹配，以降低界面處的能量損失，提高電池的開路電壓和填充因子，此外，空穴傳輸層的穩(wěn)定性和成本也直接影響著反式鈣鈦礦太陽能電池的實際應用和商業(yè)化進程，反式鈣鈦礦太陽能電池中常用的空穴傳輸層材料主要包括有機小分子材料、聚合物材料和無機半導體材料等，但這些材料在實際應用中均存在一定的缺陷，為此，我們提出一種反式鈣鈦礦太陽能電池的新型空穴傳輸層。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種反式鈣鈦礦太陽能電池的新型空穴傳輸層。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種反式鈣鈦礦太陽能電池的新型空穴傳輸層，包括新型空穴傳輸層制備方法，所述新型空穴傳輸層為三元復合功能材料體系，所述三元復合功能材料體系包括有機共軛聚合物、納米級無機半導體以及功能性小分子添加劑，所述新型空穴輸出層制備方法包括材料預處理、混合溶液配制、基底處理以及薄膜制備，所述材料預處理包括有機聚合物制備以及無機半導體改性，所述新型空穴傳輸層具體制備步驟如下：

3、步驟一、將p3ht和pfn溶解于氯仿中，加入引發(fā)劑回流反應制得共聚產物；

4、步驟二、將二氧化錳納米片分散在乙醇-水混合溶液中，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷混合進行氨基化改性，將與摻雜混合制得納米顆粒；

5、步驟三、將共聚產物、改性二氧化錳納米片、納米顆粒功能性小分子添加劑溶解于氯苯與二甲基甲酰胺的混合溶劑中，超聲分散后攪拌制成穩(wěn)定混合溶液；

6、步驟四、以導電玻璃為基底，依次在丙酮、乙醇去離子水中清洗，用氮氣吹干后置于等離子體處理儀中處理制得基底材料；

7、步驟五、將穩(wěn)定混合溶液以兩步旋涂法在基底材料上旋涂制備薄膜，旋涂完成后將其轉移充滿氮氣的手套箱中，退火完成后制成空穴傳輸層薄膜。

8、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟一中，p3ht為聚（3-己基噻吩-2,5-二基），pfn為聚（9,9-二辛基芴-共-n-（4-丁基苯基）二苯胺）。

9、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟一中，向帶有回流冷凝裝置的圓底燒瓶中加入p3ht和pfn，其摩爾比為3:1，濃度配制為0.1mol/l，向燒瓶中加入氯仿溶劑，充分攪拌至p3ht和pfn溶解，再加入引發(fā)劑偶氮二異丁腈，添加量為總溶液質量的1%，攪拌完成后將燒瓶置于油浴鍋中，通入氮氣排盡裝置內空氣，將油浴鍋溫度升至60℃進行回流反應，反應時間為20h-24h，反應結束后，將反應液倒入甲醇溶液中沉淀，待沉淀完成后，抽濾將沉淀分離，使用甲醇清洗沉淀，將洗滌后的產物置于真空干燥箱中，在45℃-50℃的環(huán)境下干燥至恒重，制得共聚產物。

10、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟二中，取厚度5nm-10nm和橫向尺寸100nm-200nm的二氧化錳納米片，將其分散在乙醇-水混合溶液中，每100ml混合溶液中加入1g納米片，分散完成后，向其中加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，其添加量為二氧化錳納米片總質量的10%，加入后在25℃-30℃的溫度條件下以300r/min-400r/min的轉速攪拌12h，將3-氨基丙基三乙氧基硅烷充分與二氧化錳納米片表面發(fā)生反應，完成氨基化改性。

11、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟二中，將與按照5at%的摻雜比例混合，向混合后的原料中加入檸檬酸和去離子水，攪拌制成均勻溶膠，將其在80℃的溫度下加熱制成凝膠，將其轉移至坩堝中，放入馬弗爐以5℃/min的升溫速率升溫至500℃，在此溫度下煅燒2h-3h，制得摻雜鈮元素的氧化鎳納米顆粒，其粒徑為15nm-25nm。

12、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟三中，將共聚產物加入潔凈燒杯中，其添加量為每100ml添加15mg，將改性后的二氧化錳納米片與氧化鎳納米顆粒按照質量比2:3加入燒杯中，其在溶液中的總質量濃度為10mg/ml，向燒杯中加入tcpb與caa，其摩爾比為1:2，在混合體系中的總濃度為0.05mol/l，將其攪拌混合后加入氯苯與二甲基甲酰胺的混合溶劑，攪拌后將燒杯置于超聲清洗器中，設置超聲頻率為40khz-45khz，超聲分散30min后將燒杯轉移至磁力攪拌器上，在25℃-30℃的溫度條件下以500r/min的轉速磁力攪拌12h，制得穩(wěn)定混合溶液。

13、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟三中，tcpb與caa為功能性小分子添加劑，其分別代表1,3,5-三（4-羧基苯基）苯與2-氰基乙酸。

14、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟四中，選用fto導電玻璃作為基底，將其依次放入裝有丙酮、乙醇、去離子水的燒杯中，分別進行超聲清洗，清洗時間各為20min，清洗結束后，用氮氣將fto導電玻璃吹干，去除表面殘留的清洗液，將吹干后的fto導電玻璃置于氧等離子體處理儀中，設置處理功率為100w，處理時間為5min，對基底表面進行處理，處理完成后制得基底材料。

15、作為本發(fā)明的進一步方案：所述步驟五中，將步驟三中制得的穩(wěn)定混合溶液滴加至fto導電玻璃基底中央，使用兩步旋涂法進行薄膜制備，第一步將旋涂儀轉速設置為1000r/min，旋涂時間為10s，將穩(wěn)定混合溶液在基底表面初步鋪展，第二步將轉速提升至3000r/min，旋涂時間為30s，制成均勻的濕膜，旋涂結束后，立即將涂有穩(wěn)定混合溶液的fto導電玻璃轉移至充滿氮氣的手套箱中，在80℃的溫度環(huán)境下退火15min，退火完成后升溫至150℃退火20min，將溶劑揮發(fā)后制得空穴傳輸層薄膜。

16、采用上述技術方案，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果在于：

17、1、本發(fā)明通過構建三元復合功能材料體系，有機共軛聚合物p3ht與pfn的共聚優(yōu)化了空穴傳輸路徑，納米級無機半導體中氨基化改性的二氧化錳納米片和摻雜鈮元素的氧化鎳納米顆粒提升了載流子遷移率，功能性小分子添加劑tcpb與caa鈍化了界面缺陷，相較于傳統(tǒng)單一材料或簡單復合的空穴傳輸層，該體系實現(xiàn)了電荷傳輸效率的顯著提升，有效降低了界面電荷復合，使反式鈣鈦礦太陽能電池的光電轉換效率有效提升，解決了現(xiàn)有材料電荷傳輸效率低的問題，滿足了對高轉換效率電池的需求；

18、2、本發(fā)明通過對無機半導體進行氨基化改性和摻雜處理，以及功能性小分子添加劑在界面處形成穩(wěn)定的鈍化層，增強了空穴傳輸層的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性以及環(huán)境適應性，在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境下，新型空穴傳輸層能夠有效抵御環(huán)境因素侵蝕，避免材料降解和性能衰減，與傳統(tǒng)空穴傳輸層材料在穩(wěn)定性方面存在的不足形成鮮明對比，顯著延長了反式鈣鈦礦太陽能電池的使用壽命；

19、3、本發(fā)明通過采用溶液加工技術和常規(guī)實驗室設備即可完成制備，避免了傳統(tǒng)無機半導體材料所需的高溫、高能耗制備工藝，且原料成本低廉，同時，通過對各材料的復合改性和工藝優(yōu)化，實現(xiàn)了空穴傳輸層性能與成本的平衡，相較于現(xiàn)有有機小分子和聚合物材料復雜昂貴的合成過程，該制備過程有效降低了反式鈣鈦礦太陽能電池的生產成本，推動了其產業(yè)化進程。