[發(fā)明專(zhuān)利]一種鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710270486.4
• 申請(qǐng)日: 2017-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107068869A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 譚占鰲;郭強(qiáng);李聰;史珍珍;白一鳴
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L51/42
• 分類(lèi)號(hào): H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11246
• 代理人: 陳波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新型薄膜太陽(yáng)電池材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池及其制備方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)興起的鈣鈦礦太陽(yáng)能電池，因其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、成本低、可溶液加工等優(yōu)點(diǎn)而成為新型薄膜太陽(yáng)電池領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鈣鈦礦太陽(yáng)電池的發(fā)展十分迅速，短短幾年電池效率已由最初報(bào)道的不到4％提升到現(xiàn)在超過(guò)22％。太陽(yáng)光到達(dá)地球表面的能量主要集中在350-1500nm,而鈣鈦礦電池中，現(xiàn)在最常用的CsPbI₃、CH₃NH₃PbI₃和H₂C(NH₂)₂PbI₃的吸收邊分別為720、800和850nm，仍有大部分的太陽(yáng)光沒(méi)有得到利用。有機(jī)共軛材料可以通過(guò)分子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)吸收光譜超過(guò)1000nm。利用有機(jī)共軛材料與鈣鈦礦材料對(duì)光的互補(bǔ)吸收，可以拓寬鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池的光譜吸收范圍，提高太陽(yáng)光的利用率，進(jìn)而提升太陽(yáng)電池的能量轉(zhuǎn)換效率。在集成結(jié)構(gòu)太陽(yáng)電池中，根據(jù)材料禁帶寬度的大小來(lái)合理組裝布置在器件中的位置，讓波長(zhǎng)較短的光被寬帶隙的鈣鈦礦材料吸收利用，波長(zhǎng)較長(zhǎng)的光能穿透鈣鈦礦層，被窄帶隙的有機(jī)共軛材料吸收利用，前后兩個(gè)電池聯(lián)合起來(lái)就能實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽(yáng)光最大程度地吸收。

為了最大程度吸收太陽(yáng)光，目前最普遍采取的方法是制備疊層太陽(yáng)電池，然而，疊層電池中的中間層的好壞對(duì)電池的性能影響很大，而且需要在制備過(guò)程中考慮中間層的抗溶劑性、浸潤(rùn)性、能級(jí)匹配等問(wèn)題，大大增加了器件的制備難度。鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池中前后子電池不需要任何中間連接層，大大簡(jiǎn)化了器件的制備過(guò)程和工藝，增加了批次間的重復(fù)性，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池及其制備方法，相比于疊層太陽(yáng)電池，在保證前后子電池互補(bǔ)吸收太陽(yáng)光，增大光的利用的同時(shí)，集成電池中的前后子電池不需要任何中間連接層，大大簡(jiǎn)化了器件的制備過(guò)程和工藝。

所述鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池有兩種典型的器件結(jié)構(gòu)，具體技術(shù)方案如下：

一種鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池，其特征在于，其結(jié)構(gòu)自下而上包括：透明電極、電荷傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、有機(jī)光吸收層和金屬電極。

所述的電荷傳輸層可以為電子傳輸層(n型金屬氧化物或n型有機(jī)材料)，也可以為空穴傳輸層(p型金屬氧化物或p型有機(jī)材料)。

所述器件結(jié)構(gòu)為透明電極/電子傳輸層/鈣鈦礦光吸收層/有機(jī)光吸收層/空穴傳輸層/金屬電極；或透明電極/空穴傳輸層/鈣鈦礦光吸收層/有機(jī)光吸收層/電子傳輸層/金屬電極。

所述的有機(jī)光吸收層的吸收光譜比鈣鈦礦光吸收層的吸收光譜寬，為有機(jī)窄帶隙類(lèi)材料。

當(dāng)所述電荷傳輸層為電子傳輸層時(shí)，所述的金屬電極為高功函金屬；當(dāng)所述電荷傳輸層為空穴傳輸層時(shí)，所述的金屬電極為低功函金屬。

一種鈣鈦礦/有機(jī)集成太陽(yáng)電池的制備方法，方法一包括如下步驟：

a.制備透明導(dǎo)電金屬氧化物陽(yáng)極層：在玻璃或聚酯薄膜的襯底上濺射金屬氧化物，得到透明導(dǎo)電金屬氧化物陽(yáng)極層；

b.制備空穴傳輸層：將步驟a得到的透明導(dǎo)電金屬氧化物陽(yáng)極層經(jīng)紫外—臭氧表面處理后旋涂高功函的有機(jī)材料或金屬氧化物，經(jīng)熱退火得到空穴傳輸層；

c.制備鈣鈦礦光吸收層：將鉛源與碘化物溶于溶劑中，加熱攪拌，得到鈣鈦礦前軀體溶液，將該溶液旋涂于步驟b得到的空穴傳輸層上，經(jīng)熱退火得到鈣鈦礦光吸收層；

d.制備有機(jī)光吸收層:將P型有機(jī)材料與N型有機(jī)材料按比例混合溶于溶劑制成溶液，將該溶液旋涂于鈣鈦礦層上得到有機(jī)光吸收層；

e.制備電子傳輸層：在步驟d得到的有機(jī)吸光層上通過(guò)旋涂或蒸鍍的方法制備低功函有機(jī)或金屬氧化物電子傳輸層；

f.制備陰極層：在步驟e得到的電子傳輸層上真空蒸鍍金屬電極，作為陰極層；

方法二包括如下步驟：：

a.制備透明導(dǎo)電金屬氧化物陽(yáng)極層：在玻璃或聚酯薄膜的襯底上濺射金屬氧化物，得到透明導(dǎo)電金屬氧化物陰極層；

b.制備電子傳輸層：將n型金屬氧化物經(jīng)旋涂或噴涂于透明導(dǎo)電陰極層上，經(jīng)高溫退火后得到電子傳輸層；

c.制備鈣鈦礦光吸收層：將鉛源與碘化物溶于溶劑中，加熱攪拌，得到鈣鈦礦前軀體溶液，將該溶液旋涂于步驟b得到的電子傳輸層上，經(jīng)熱退火得到鈣鈦礦光吸收層；