[發(fā)明專利]一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410711919.1
• 申請(qǐng)日: 2014-11-30
• 公開（公告）號(hào): CN104465992A
• 公開（公告）日: 2015-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳紅征;左立見;顧卓韋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種太陽(yáng)電池，具體是涉及一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。

技術(shù)背景

在諸多逐漸進(jìn)入實(shí)用化階段的下一代新能源中，太陽(yáng)能以其安全、易取等優(yōu)良特性為研究者所矚目。無機(jī)太陽(yáng)電池是目前所有太陽(yáng)電池中發(fā)展最為成熟的品種，但其高昂的單價(jià)、復(fù)雜的工藝和巨大的制備能耗嚴(yán)重制約了光伏能源的普及和進(jìn)一步發(fā)展。

可溶液加工的太陽(yáng)電池，能夠?qū)崿F(xiàn)清潔、高效、大規(guī)模批量生產(chǎn)，成為太陽(yáng)電池未來發(fā)展的方向之一。在全世界科學(xué)家的努力下，染料敏化電池、有機(jī)(聚合物)電池、有機(jī)-無機(jī)雜化電池、量子點(diǎn)敏化電池等可溶液加工的太陽(yáng)電池的光電轉(zhuǎn)換效率都獲得了顯著進(jìn)展。2012年底，隨著第一個(gè)光電轉(zhuǎn)換效率超過10％的鈣鈦礦太陽(yáng)電池的公開報(bào)道，鈣鈦礦太陽(yáng)電池作為一種新型有機(jī)-無機(jī)雜化電池，受到全世界光伏領(lǐng)域的重點(diǎn)關(guān)注。

平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦太陽(yáng)電池的基本結(jié)構(gòu)為透明導(dǎo)電玻璃(ITO/FTO)/半導(dǎo)體金屬氧化物層(TiO₂、ZnO、ZrO₂)/鈣鈦礦層/空穴傳輸層/金屬電極層。其中鈣鈦礦層(光敏層)的形貌對(duì)光生載流子的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移起著決定性作用。具體而言，高效率的平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池，必須有厚度均勻、界面無針孔的鈣鈦礦光吸收層。然而鈣鈦礦化合物結(jié)晶速度極快，在普通的溶液處理?xiàng)l件下很難得到平整致密、取向度高的光吸收層，這一點(diǎn)限制了平面異質(zhì)結(jié)鈣鈦礦電池效率的進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于自組裝單分子層的鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

包括自下而上的基底、透明金屬電極層、無機(jī)電子傳輸層、光敏層、空穴傳輸層和金屬電極層；所述無機(jī)電子傳輸層和光敏層之間設(shè)有自組裝單分子層，自組裝單分子層為兩端分別是堿性端基和酸性端基的直碳鏈有機(jī)分子。

所述的自組裝單分子層的化學(xué)組成為兩端分別為胺基和羧基的有機(jī)分子，除端基外的碳鏈含1～8個(gè)碳原子。

所述的無機(jī)電子傳輸層的材料為氧化鋅、氧化鈦、硫化鎘或硒化鎘。

所述的透明金屬電極層的材料為氧化銦錫、氟摻氧化錫。

所述的光敏層的化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為CH₃NH₃PbI_3-xBr_x或CH₃NH₃PbI_3-xCl_x，其中0≤x≤3。

所述的空穴傳輸層為由2,2',7,7'-四[N,N-二(4-甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴、二(三氟甲基磺酰)鋰和4-叔丁基吡啶組成的混合物，厚度為100-500nm。

所述的金屬電極層的材料為三氧化鉬、銀、鋁、鎂、銅、金、氧化銦錫或氟摻氧化錫，厚度為10-300nm。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過含有堿性端基和酸性端基的有機(jī)小分子層，通過兩種官能團(tuán)與電子傳輸層和鈣鈦礦光吸收層緊密結(jié)合，提高了電子傳輸層和鈣鈦礦光吸收層電子相互作用和界面相容性；并能夠以異相誘導(dǎo)成核的方式取代鈣鈦礦化合物中的相似基團(tuán)，使得鈣鈦礦晶體規(guī)整地生長(zhǎng)，減少缺陷的產(chǎn)生，能夠顯著提高鈣鈦礦化合物的穩(wěn)定性，同時(shí)也能在一定程度上控制需要的晶向，提高太陽(yáng)電池的效率和性能，包括鈣鈦礦平面異質(zhì)結(jié)太陽(yáng)電池的短路電流密度和能量轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例太陽(yáng)電池的電流密度-電壓曲線。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的太陽(yáng)電池，包括自下而上的基底1、透明金屬電極層2、無機(jī)電子傳輸層3、自組裝單分子層4、光敏層5、空穴傳輸層6和金屬電極層7；無機(jī)電子傳輸層3和光敏層5之間增加了一層自組裝單分子層4，自組裝單分子層4為兩端分別是堿性端基和酸性端基的直碳鏈有機(jī)分子。

優(yōu)選的自組裝單分子層4的化學(xué)組成為兩端分別為胺基和羧基的有機(jī)分子，除端基外的碳鏈含1～9個(gè)碳原子。

優(yōu)選的基底1的材料為玻璃或石英。

優(yōu)選的無機(jī)電子傳輸層3的材料為氧化鋅、氧化鈦、硫化鎘或硒化鎘，以溶膠-凝膠法在透明金屬電極層2上制備氧化鋅、氧化鈦、硫化鎘、硒化鎘薄膜，膜厚為30～100nm。

優(yōu)選的透明金屬電極層2的材料為氧化銦錫(ITO)、氟摻氧化錫(FTO)。