[發明專利]一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201410697608.4
• 申請日: 2014-11-26
• 公開（公告）號: CN104576929A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發明（設計）人: 戴松元;朱俊;姚建曦;譚占鰲;胡林華
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48;H01L51/44
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明涉及太陽能電池制備技術領域，具體是一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池及其制備方法。

背景技術

太陽電池是各種清潔能源技術中最有效的技術方案之一，它對于解決人類發展過程中的能源與環境問題具有重要的意義。近年來涌現出了很多新型太陽電池技術，鈣鈦礦太陽電池是其中的一個典型。2009年日本科學家Miyasaka教授首先選用有機無機疊層的鈣鈦礦材料CH₃NH₃PbI₃和CH₃NH₃PbBr₃作為量子點敏化劑，獲得了效率達3.8%的液態鈣鈦礦敏化太陽電池。這種有機無機疊層的鈣鈦礦材料具有吸收光譜寬，與太陽光譜匹配好以及吸收系數高的優點，非常適合作為太陽電池的活性材料。為了克服有機無機鈣鈦礦材料在液體電解質中迅速降解的弱點，固態電池是一種有效的途徑。瑞士的Gr?tzel教授與韓國Park教授合作，使用2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴Spiro-OMeTAD代替液態電解質，成功制備了效率超過9%的全固態鈣鈦礦電池。與此同時，英國牛津大學的Snaith研究組使用稍稍不同的鈣鈦礦材料CH₃NH₃PbI₂Cl作為光吸收層，獲得了相似的結果。更為特別的是，Snaith等發現，如果使用絕緣體Al₂O₃代替常用的半導體TiO₂作為電池的骨架層，電池效率能夠獲得意想不到的提升，該結果表明，有機無機疊層的鈣鈦礦材料不僅具有優異的光吸收性能，而且能夠進行快速地電子傳導，為該種材料在太陽電池中的應用提供了更為廣闊的前景。上述激動人心的成果充分鼓舞了全世界進行太陽電池研究的科學工作者，迅速掀起了一波鈣鈦礦太陽電池研究的浪潮。目前，Gr?tzel研究組通過在厚度為350nm?的多孔TiO₂薄膜上采用兩步法制備CH₃NH₃PbI₃材料，電池效率達到15%。Snaith研究組采用雙源蒸發的方法，在致密平整的TiO₂薄膜上沉積CH₃NH₃PbI₂Cl材料，獲得了平板的p-i-n結構電池，最佳電池效率達到15.4%。最近，美國加州大學洛杉磯分校的Yang?Yang研究組通過對器件電極、電子傳輸層以及鈣鈦礦層進行質量優化，獲得了19.3%的光電轉換效率。

硫化鉛量子點具有吸光系數高、穩定性高等優點，特別的是，硫化鉛量子點激子玻爾半徑大，量子限域效應強，當其尺寸低于20?nm時，能級結構會發生顯著變化，光吸收性質可調，因此特別適合于制備疊層電池。目前常用于鈣鈦礦太陽電池的空穴材料為有機小分子Spiro-OMeTAD，如果采用硫化鉛量子點取代Spiro，可通過調節硫化鉛量子點的尺寸以及進一步調節其光吸收波長范圍，獲得疊層電池。比如，目前鈣鈦礦電池中鈣鈦礦吸光范圍在長波處一般截止到800?nm，無法吸收更長波長，而太陽光譜中有很大一部分能量是在近紅外以及紅外光譜范圍，當硫化鉛量子點尺寸為3.5?nm或者更大時，激子吸收峰大于900?nm，因此可通過鈣鈦礦和硫化鉛兩種吸光活性層拓展光譜范圍，增強光電流，獲得疊層電池。

發明內容????本發明的目的是提供一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池及其制備方法，可拓寬電池吸光光譜范圍。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池，包括有透明電極，其特征在于：透明電極上沉積有由寬禁帶半導體氧化物薄膜構成的電子傳輸層，電子傳輸層上制備有鈣鈦礦層，鈣鈦礦層上旋涂有硫化鉛量子點層，硫化鉛量子點層上蒸鍍有金屬對電極。

所述的一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池，其特征在于：所述的透明電極為氧化銦錫，或者是氟摻雜氧化錫覆蓋的玻璃，或者是聚合物基底。

所述的一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池，其特征在于：所述的電子傳輸層厚度為30?-500?nm。

所述的一種鈣鈦礦-硫化鉛量子點疊層太陽電池，其特征在于：作為電子傳輸層的寬禁帶半導體氧化物薄膜，其中氧化物是氧化鈦，或者是氧化鋅，或者是氧化錫。