[發明專利]一種基于納米晶復合中心的疊層太陽能電池及其制備方法

有效

• 申請號: 201610037819.4
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN105679858B
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發明（設計）人: 馬萬里;史國鉦
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L31/0296
• 分類號: H01L31/0296;H01L31/032;H01L31/0352;H01L31/0725;H01L31/18
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司32103
• 代理人: 陶海鋒,張淏

技術領域

本發明屬于光伏材料技術領域，具體涉及一種基于納米晶復合中心的疊層太陽能電池及其制備方法。

背景技術

溶劑法制程是一種非常有前景的光伏器件制備技術，其可以有效降低生產成本，獲得柔性、大面積、輕便的下一代光伏器件。然而，對于大多數現有的可兼容溶劑法制程的光伏材料而言，都不可避免地具有器件壽命短、材料成本高以及制備過程需要惰性氣體氛圍等缺點。

膠體量子點（Colloidal Quantum Dots，CQDs），又稱為膠體納米晶，由于其具有較高的吸收系數、量子限域效應以及多重激子效應等特點，因此近年來受到廣泛關注，尤其是近幾年在光伏領域中的應用更是惹人注目。通過配體的選擇以及量子點表面的鈍化，單節膠體量子點太陽能器件能夠在空氣中制備，而無需惰性氣體氛圍，并且具備出色的穩定性。但是，對于絕大多數的單節太陽能器件而言，兩種能量損失途徑是不可避免的，即高能光子的熱損耗以及低能光子的透射。對此，能夠有效減少能量損耗的方法就是制備疊層器件。膠體量子點因其獨特的量子限域效應、多重激子效應以及層層制備工藝（layer-by-layer，LBL），非常適合于制備疊層器件。

到目前為止，關于單節膠體量子點的文獻報道很多，但罕有關于疊層太陽能電池的研究。2011年，Sargent課題組首次提出并成功制備膠體量子點疊層器件，兩節子電池通過一種逐級復合中心串聯，其光電轉化效率可達4.3%。然而，其復合中心的制備工藝非常復雜，分別由氧化鉬、氧化銦錫、鋁摻雜氧化鋅以及氧化鈦堆疊而成，并且均采用磁控濺射的方法制備。復雜的結構及制備工藝導致針對疊層器件的研究遠遠滯后于針對單節膠體量子點太陽能電池的研究。因此，尋找一種可兼容膠體量子點器件，結構及制備工藝簡單的復合中心，并利用該復合中心制備疊層太陽能電池已成為本領域研究與開發的關鍵技術難題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種基于納米晶復合中心的疊層太陽能電池的制備方法，該方法可兼容低溫溶劑法制程。此外，本發明的另一個目的在于提供根據上述制備方法獲得的基于納米晶復合中心的疊層太陽能電池。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種基于納米晶復合中心的疊層太陽能電池的制備方法，其包括以下步驟：

1）前置子電池的制備：

按照二水合乙酸鋅:2-甲氧基乙醇:乙醇胺=50~1000mg:1~10mL:10~1000μL的比例，將上述三種組分混合并攪拌均勻，得到氧化鋅前驅體溶液，然后將其旋涂于氧化銦錫（ITO）導電玻璃上，在相對濕度為90%的條件下于140℃退火10分鐘，得到溶膠-凝膠法氧化鋅層，其中所述溶膠-凝膠法氧化鋅層的厚度為40~100nm；

將粒徑為2~5nm的硫化鉛量子點配制成濃度為20~40mg/mL的正己烷溶液，并旋涂于所述溶膠-凝膠法氧化鋅層上，然后在濃度為10~60mg/mL的四丁基碘化銨（TBAI）的甲醇溶液中浸潤0.5~2分鐘（為硫化鉛量子點提供N型配體），經甲醇清洗后重復旋涂1~4層，得到以四丁基碘化銨為配體的硫化鉛量子點層，完成前置子電池的制備，其中所述以四丁基碘化銨為配體的硫化鉛量子點層的厚度為40~100nm；

2）復合中心的制備：

將粒徑為2~5nm的硫化鉛量子點配制成濃度為20~40mg/mL的正己烷溶液，并旋涂于步驟1）中所述以四丁基碘化銨為配體的硫化鉛量子點層上，然后在濃度為0.0001~0.01M的乙二硫醇（EDT）的乙腈溶液中浸潤10~60秒（為硫化鉛量子點提供P型配體），經乙腈清洗后重復旋涂1~4層，得到以乙二硫醇為配體的硫化鉛量子點層，其中所述以乙二硫醇為配體的硫化鉛量子點層的厚度為40~100nm；

采用電子束沉積的方法，在所述以乙二硫醇為配體的硫化鉛量子點層上沉積金膜，其中所述金膜的厚度為0.5~2nm；

按照氫氧化鉀:二水合乙酸鋅=0.04~4:1的質量比，將氫氧化鈉的甲醇溶液逐滴加入到二水合乙酸鋅的甲醇溶液中，于50~80℃加熱0.5~4小時，經離心分離、甲醇清洗后，采用以丁醇:氯仿:甲醇=1~30:1~30:1~30的體積比混合的混合溶劑，配制成濃度為10~40mg/mL的氧化鋅納米晶共溶液；