[發明專利]一種鈣鈦礦/有機集成太陽電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201710270486.4
• 申請日: 2017-04-24
• 公開（公告）號: CN107068869A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 譚占鰲;郭強;李聰;史珍珍;白一鳴
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 陳波

技術領域

本發明屬于新型薄膜太陽電池材料與器件技術領域，具體涉及一種鈣鈦礦/有機集成太陽電池及其制備方法。

背景技術

近年來興起的鈣鈦礦太陽能電池，因其具有結構簡單、效率高、成本低、可溶液加工等優點而成為新型薄膜太陽電池領域的研究熱點。鈣鈦礦太陽電池的發展十分迅速，短短幾年電池效率已由最初報道的不到4％提升到現在超過22％。太陽光到達地球表面的能量主要集中在350-1500nm,而鈣鈦礦電池中，現在最常用的CsPbI₃、CH₃NH₃PbI₃和H₂C(NH₂)₂PbI₃的吸收邊分別為720、800和850nm，仍有大部分的太陽光沒有得到利用。有機共軛材料可以通過分子結構設計實現吸收光譜超過1000nm。利用有機共軛材料與鈣鈦礦材料對光的互補吸收，可以拓寬鈣鈦礦/有機集成太陽電池的光譜吸收范圍，提高太陽光的利用率，進而提升太陽電池的能量轉換效率。在集成結構太陽電池中，根據材料禁帶寬度的大小來合理組裝布置在器件中的位置，讓波長較短的光被寬帶隙的鈣鈦礦材料吸收利用，波長較長的光能穿透鈣鈦礦層，被窄帶隙的有機共軛材料吸收利用，前后兩個電池聯合起來就能實現對太陽光最大程度地吸收。

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

發明內容

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

所述鈣鈦礦/有機集成太陽電池有兩種典型的器件結構，具體技術方案如下：

一種鈣鈦礦/有機集成太陽電池，其特征在于，其結構自下而上包括：透明電極、電荷傳輸層、鈣鈦礦光吸收層、有機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型有機材料)，也可以為空穴傳輸層(p型金屬氧化物或p型有機材料)。

所述器件結構為透明電極/電子傳輸層/鈣鈦礦光吸收層/有機光吸收層/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/有機光吸收層/電子傳輸層/金屬電極。

所述的有機光吸收層的吸收光譜比鈣鈦礦光吸收層的吸收光譜寬，為有機窄帶隙類材料。

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

一種鈣鈦礦/有機集成太陽電池的制備方法，方法一包括如下步驟：

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

b.制備空穴傳輸層：將步驟a得到的透明導電金屬氧化物陽極層經紫外—臭氧表面處理后旋涂高功函的有機材料或金屬氧化物，經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，經熱退火得到鈣鈦礦光吸收層；

d.制備有機光吸收層:將P型有機材料與N型有機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光吸收層；

e.制備電子傳輸層：在步驟d得到的有機吸光層上通過旋涂或蒸鍍的方法制備低功函有機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.制備透明導電金屬氧化物陽極層：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型金屬氧化物經旋涂或噴涂于透明導電陰極層上，經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，經熱退火得到鈣鈦礦光吸收層；