[發明專利]一種以酞菁銅作為空穴傳輸層的雜化太陽能電池結構與制備方法

有效

• 申請號: 201710210648.5
• 申請日: 2017-03-31
• 公開（公告）號: CN106953014B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 周德明
• 申請（專利權）人: 西安穿越光電科技有限公司
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/44;H01L51/48
• 代理公司: 北京艾皮專利代理有限公司 11777
• 代理人: 楊克

本發明涉及一種以酞菁銅(CuPc)為空穴傳輸層的雜化太陽能電池。本發明所述的有機無機雜化太陽能電池由下到上依次包括透明導電襯底、酞菁銅空穴傳輸層、CH₃NH₃PbX₃（式中X為Cl、I或者它們的混合）有機無機雜化鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層和反射電極組成。本發明的優點和積極效果：在雜化太陽能電池中，采用酞菁銅作為空穴傳輸層具有良好的成膜特性和較好的空穴傳輸能力，電子－空穴的復合得到了有效的抑制，光電轉換效率較高；酞菁銅作為空穴傳輸層，化學性質穩定，器件壽命得到提升；器件制備方法工藝簡單、反應溫度低、效率高、原材料豐富、成本低，適于工業化大規模生產。

技術領域

本發明涉及一種以酞菁銅作為空穴傳輸層的雜化太陽能電池結構與制備方法，屬于薄膜材料與器件領域。

背景技術

近年來，為了解決日益嚴峻的能源和環境問題，人們把目光投向了新能源的開發和利用上。在各種新能源技術中，太陽能發電無疑是最具有前景的方向之一。傳統的硅基太陽能電池雖然實現了產業化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統能源相競爭，并且制造過程中的污染和能耗問題影響了其廣泛應用。因此，研究和發展高效率、低成本的新型太陽能電池十分必要。在眾多的新型太陽能電池里，鈣鈦礦太陽能電池近兩年脫穎而出，自從2012年PARK課題組首次報道壽命500小時以上、效率達到9.7%的全固態鈣鈦礦太陽能電池以來，鈣鈦礦太陽能電池受到了學界和產業界的極大關注，發展迅速，還被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。

鈣鈦礦太陽能電池具有光吸收系數大、激子擴散長度長、載流子遷移率高等優點。典型的鈣鈦礦太陽能電池的結構有兩種：一種為介孔結構，另一種為平面結構。與介孔結構相比，平面結構鈣鈦礦電池結構簡單，可在低溫條件下制備。平面鈣鈦礦太陽能電池就是在鈣鈦礦光敏層的前后分別加上電子傳輸層和空穴傳輸層形成三明治結構。在平面鈣鈦礦太陽能電池中，使用最多的空穴傳輸材料是Poly(3,4-ethylene dioxythiophene): poly(styrene sulfonate) (PEDOT:PSS) 。雖然使用PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池可以達到較高的效率，但是由于PEDOT:PSS具有一定的酸性，其對ITO或者FTO電極會產生較強的腐蝕作用，造成器件壽命的下降。因此開發傳輸性能好，性質穩定的空穴傳輸層非常必要。

酞菁銅(CuPc)是一種性質非常穩定的酞菁金屬化合物，合成方法簡單、價格低廉具備優良的光電功能特性。CuPc的優良性質使得其已經在諸多領域中得以廣泛的應用。利用它的光電導性可以制備出性能優良的液晶光閥。利用其氣敏性可制備出靈敏的氣體傳感器。由于CuPc的光伏效應和良好的空穴傳輸能力可制備出性能穩定、廉價的太陽能電池等等。由于CuPc一方面化學性質穩定，不溶于水、醇，另一方面，其空穴傳輸能力優異，其HOMO能級為5.2 eV左右，與常用的有機無機雜化鈣鈦礦材料的HOMO能級匹配性好，能夠加快空穴的收集，減小電子和空穴的復合。本發明就是利用了CuPc的這兩方面的優點，一方面提高有機無機鈣鈦礦太陽能電池的效率，另一方面提高其工作壽命。目前，還未在有機無機雜化鈣鈦礦太陽能電池中見到使用CuPc作為空穴傳輸層的相關報道。

發明內容

本發明涉及一種以酞菁銅(CuPc)作為空穴傳輸層的雜化太陽能電池。針對現有技術的不足，目的在于提供一種酞菁銅作為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池及其制備方法

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案為:一種以酞菁銅(CuPc)為空穴傳輸層的雜化太陽能電池，其特征在于，由下到上依次包括透明導電襯底、CuPc空穴傳輸層、有機無機雜化鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層和反射電極。

上述方案中，所述的透明導電襯底為沉積有ITO、FTO、AZO的玻璃襯底或者柔性襯底。

上述方案中，使用CuPc作為空穴傳輸層，空穴傳輸層厚度20-50 nm。