[發明專利]雙邊體相異質結結構的水相有機無機雜化太陽能電池及其制備方法

在審

• 申請號: 201711025048.8
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN107799653A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 楊柏;金淦
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42;H01L51/48
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司22201
• 代理人: 劉世純,王恩遠

技術領域

本發明屬于太陽能電池技術領域，具體涉及一種雙邊體相異質結結構的水相有機無機雜化太陽能電池及其制備方法。

背景技術

能源以及環境一直以來都是人們關注的重點，隨著煤、石油、天然氣等的不斷使用，這類一次能源終將消耗殆盡，預計最多還可以使用一個世紀。此外，這類能源的使用還會帶來環境的污染以及溫室效應等，加速綠色生態的破壞以及全球變暖，給人類以及其他生物的生存帶來了嚴峻的挑戰。

太陽能是近代以來人類逐漸意識到并不斷發掘的綠色能源，其每小時輻射到地球表面的能量大約相當于全人類一年的耗能總和。太陽能電池作為其中最受關注的一種利用太陽能的方式，被人類廣泛研究。作為第三代溶液法操作制備的太陽能電池，由于其廉價、柔性、輕便、高效等特點，逐步代替第一代硅基以及第二代薄膜太陽能電池，成為研究的熱點。然而，大部分第三代太陽能電池的溶劑為氯苯、二氯苯等極毒溶劑，對于環境及操作人員的傷害極大，更是不利于大面積工業化生產。

近年來，無毒溶劑操作制備的太陽能電池成為人們的新目標。以水作為溶劑制備的聚合物/納米晶雜化太陽能電池在取得較大進展的同時，也得到了人們的廣泛關注。但是，其相對較低的光電轉換效率成為限制其工業化生產的最大因素，其中最重要的一點是活性材料與載流子傳輸層接觸面積較小，載流子提取效率較弱，因此，提高電池載流子提取效率以及光電轉化效率成為了當務之急。

發明內容

本發明的目的是提供一種雙邊體相異質結結構的水相有機無機雜化太陽能電池及其制備方法。本發明所述方法有效地解決了電池中活性材料與載流子傳輸材料接觸面不足的問題，在器件載流子提取效率以及光電轉換效率上有很大的提升。此外，器件制備可以在空氣中進行，所用溶劑為水，綠色環保，對操作人員造成的傷害很小。本發明通過調整活性材料和電子傳輸材料混合活性層的厚度，優化活性材料和電子傳輸材料的比例，器件效率相比之前的報道有了很大的提升。

本發明所述的一種雙邊體相異質結結構的水相有機無機雜化太陽能電池，從下到上，由透明基底(玻璃、聚酰亞胺、PEN等)，ITO或FTO陰極，厚度為20～50納米的電子傳輸材料層，厚度為20～50納米的電子傳輸材料與電池活性材料的第一混合活性層，厚度為80～120納米的電池活性材料層，厚度為60～90納米的電池活性材料與空穴傳輸材料的第二混合活性層，厚度為4～100納米的空穴傳輸材料層，厚度為30～100nm的陽極組成；不同層中使用的電子傳輸材料以及空穴傳輸材料可以相同或不相同，但不同層中使用的電池活性材料必須相同；其中，第一混合活性層中電池活性材料與電子傳輸材料的質量比為20：1～6，第二混合活性層中電池活性材料與空穴傳輸材料的質量比為28～84：1。

其中，電子傳輸材料為TiO₂、ZnO、SnO₂等，電池活性材料為巰基乙胺修飾的CdTe納米晶、鈣鈦礦、PbS、Sb₂Se₃、Si等，空穴傳輸材料為MoO₃、WO₃、NiO_x、PPV衍生物、PEDOT:PSS、P3HT等；陽極為Au、Ag、Cu、Al等。

特別的，MoO₃、WO₃、NiO_x或PPV衍生物空穴傳輸材料層的厚度為4～15納米，質量比為1：2.5的PEDOT:PSS空穴傳輸材料層的厚度為15～30納米，P3HT空穴傳輸材料層的厚度為50～100納米；

以TiO₂電子傳輸材料、巰基乙胺修飾的CdTe納米晶電池活性材料層、PPV和MoO₃空穴傳輸材料為例，本發明所述的雙邊體相異質結結構的太陽能電池的制備方法，其步驟如下：

(1)以位于透明基底(玻璃，聚酰亞胺，PEN等)上的ITO或FTO為陰極，在陰極表面旋涂濃度為0.6～1.2mol/L的TiO₂溶膠凝膠前驅體溶液，在400～500℃條件下加熱1～3小時，得到20～50納米厚的TiO₂電子傳輸材料層；