[發(fā)明專利]一種n型摻雜電子傳輸層和TiO2

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711247737.3
• 申請日: 2017-12-01
• 公開（公告）號: CN108091766B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王照奎;廖良生;葉青青
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號: H01L51/48
• 分類號: H01L51/48;H01L51/46;H01L51/42
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王銘陸

本發(fā)明提供了一種n型摻雜電子傳輸層和TiO₂層的鈣鈦礦電池的制備方法，包括以下步驟：（1）FTO透明導(dǎo)電玻璃基片清洗和TiO₂薄膜制備，沉積上TiO₂，放入烘箱中備用；（2）Bis?PCBM和DMC復(fù)合膜制備；（3）旋涂于已沉積上TiO₂的FTO上；（4）鈣鈦礦薄膜的制備；（5）Spiro?OMeTAD薄膜制備，旋涂于步驟（4）中FTO上；（6）采用蒸鍍方法在Spiro?OMeTAD薄膜上蒸鍍MoO₃和Ag電極。本發(fā)明的方法可提高薄膜電子遷移率和電導(dǎo)率，促進(jìn)器件光電轉(zhuǎn)換效率的提高，薄膜表面更加光滑，可作為后續(xù)鈣鈦礦層沉積和生長的良好襯底，可以減緩鈣鈦礦層的降解過程，提高器件的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光伏器件領(lǐng)域，具體涉及一種n型摻雜電子傳輸層和TiO₂層的鈣鈦礦電池的制備方法。

背景技術(shù)

有機-無機雜化鈣鈦礦太陽能電池以其獨特的光學(xué)特性以及簡單的制備工藝被認(rèn)為是可以與無機硅太陽能電池相媲美的一種能源形式。經(jīng)過幾年的發(fā)展，盡管其光電轉(zhuǎn)換效率已超過22%，但是制造高效率和長期穩(wěn)定的鈣鈦礦太陽能電池是實現(xiàn)其商業(yè)化的必要條件。鈣鈦礦太陽能電池有平面型和多孔型兩種器件結(jié)構(gòu)，平面型鈣鈦礦電池以其簡單的制備工藝以及低溫薄膜處理技術(shù)得到廣泛關(guān)注。在平面結(jié)構(gòu)中，除了鈣鈦礦層本身外，相鄰界面層的結(jié)構(gòu)也強烈地影響器件的穩(wěn)定性。理想的界面材料應(yīng)具有理想的物理，化學(xué)和電子性能，包括適當(dāng)?shù)哪芗墸邔?dǎo)電性，高耐溶劑性低光吸收。此外，界面膜需要具有良好的潤濕性，作為鈣鈦礦薄膜沉積和生長的底層。近來，各種界面材料已被用于平面結(jié)構(gòu)PSC中，以防止水分，氧氣，和紫外光進(jìn)入鈣鈦礦層，目的在于提高電池的穩(wěn)定性。目前報道的最先進(jìn)的鈣鈦礦太陽能電池采用二氧化鈦（TiO₂）作為電子傳輸層（ETL）的結(jié)構(gòu)。雖然二氧化鈦具有良好的電子選擇性，但對氧氣和紫外線的表面吸附可能限制鈣鈦礦太陽能電池的效率和穩(wěn)定性的進(jìn)一步提高。人們從材料，薄膜制備技術(shù)，器件結(jié)構(gòu)以及物理機制進(jìn)行了一系列的深入研究。其中通過調(diào)整TiO₂和鈣鈦礦層之間的界面性質(zhì)是進(jìn)一步提高鈣鈦礦的效率和穩(wěn)定性的有效策略。富勒烯材料作為修飾層能夠有效減緩鈣鈦礦的分解，但是富勒烯材料的電子遷移率和電導(dǎo)率低的內(nèi)在問題仍然可能限制了它們在電池中的潛在應(yīng)用。

改善富勒烯的電子遷移率和電導(dǎo)率的一個策略是利用n型摻雜技術(shù)，通過從n型摻雜劑到主體材料的有效電子轉(zhuǎn)移來增加自由電子濃度。但是由于缺乏有效和穩(wěn)定的n型摻雜劑，對于n摻雜的電子選擇性材料的研究報道很少。此外，溶液處理的薄膜的化學(xué)摻雜與真空蒸發(fā)相比更具挑戰(zhàn)性，因為在多層薄膜沉積過程中需要考慮溶劑侵蝕的問題。與基于堿金屬或堿金屬鹽的無機n型摻雜劑相比，有機基n型摻雜劑被認(rèn)為是實現(xiàn)溶液處理膜摻雜的替代方案，因為它們在常用有機溶劑有很好的溶解性并且不會發(fā)生原子擴散。（五甲基環(huán)戊二烯)鈷（DMC）具有3.3eV甚至更低的電離能，這使得它成為強有力的還原劑和n-摻雜更廣泛的主體材料。本發(fā)明利用DMC的強還原能力，基于溶液處理摻雜工藝，成功實現(xiàn)了苯基-C70-丁酸甲酯的雙加合物（Bis-PCBM）的高效n型摻雜。并提供了n型摻雜電子傳輸層TiO₂層構(gòu)成雙層結(jié)構(gòu)電子傳輸層的鈣鈦礦電池的制備方法，DMC摻雜提供了一系列調(diào)整能級的作用，改善了Bis-PCBM薄膜的電子遷移率和提高薄膜電導(dǎo)率，從而在陰極側(cè)提供了有效的電子提取。 Bis-PCBM：DMC復(fù)合膜也呈現(xiàn)穩(wěn)定的三維框架，具有良好的耐溶劑性，可延緩鈣鈦礦層的降解過程。另外，DMC摻雜的Bis-PCBM薄膜表現(xiàn)出光滑的形態(tài)，這有利于隨后的鈣鈦礦薄膜的沉積和生長。已開發(fā)的新型ETL展示了制造高效穩(wěn)定的平面鈣鈦礦太陽能電池的潛在商業(yè)應(yīng)用。此外，該發(fā)現(xiàn)還提供了使用DMC-類似金屬茂實現(xiàn)富勒烯的n型摻雜的新途徑。

發(fā)明內(nèi)容