[發(fā)明專利]一種基于半透明量子點(diǎn)太陽能電池及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010075876.8
• 申請(qǐng)日: 2020-01-22
• 公開（公告）號(hào): CN111211231A
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬萬里;張旭良;袁建宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L51/42
• 分類號(hào): H01L51/42;H01L51/46;H01L51/48
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

本發(fā)明公開了一種基于半透明量子點(diǎn)太陽能電池及其制備方法。它的光吸收層采用寬帶隙鈣鈦礦量子點(diǎn)，材料包括ABX₃，A為Cs⁺，甲咪FA⁺,CH(NH₂)₂⁺或甲胺MA⁺,CH₃NH₃⁺,B為Pb₂²⁺,Sn₂²⁺，或Yb²⁺，X為Cl^?或Br^?；電池的光譜響應(yīng)范圍為紫外光區(qū)域，可透射可見光區(qū)域的太陽光；器件結(jié)構(gòu)包括正置結(jié)構(gòu)和反置結(jié)構(gòu)。本發(fā)明采用吸光范圍較低且較為穩(wěn)定的鈣鈦礦量子點(diǎn)材料，制備得到的太陽能電池器件不僅可實(shí)現(xiàn)高的透過光，而且透過光的顯色指數(shù)較高。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了寬帶隙鈣鈦礦量子點(diǎn)的另一種應(yīng)用形式—半透明太陽能電池，具有良好的光透過性的特點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能光伏技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于半透明量子點(diǎn)太陽能電池及其制備方法。

背景技術(shù)

鉛鹵鈣鈦礦材料憑借其高吸光系數(shù)、長激子壽命、低激子結(jié)合能和長載流子擴(kuò)散長度等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被廣泛應(yīng)于太陽能電池中。由于鈣鈦礦太陽能電池可實(shí)現(xiàn)溶液法制備，并且具有成本低，效率高的特點(diǎn)，受到眾多研究者青睞。目前，基于有機(jī)無機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率已由最初的3.8%上升到25.2%，成為繼硅基、III-V族半導(dǎo)體之后的新一代能源半導(dǎo)體材料。

然而，目前常用的高效率有機(jī)無機(jī)雜化鉛鹵鈣鈦礦材料由于其含有易揮發(fā)性有機(jī)陽離子，如甲胺、甲脒等，極易受到水、氧、高溫和紫外光等因素的影響而導(dǎo)致材料分解。而全無機(jī)鉛鹵鈣鈦礦材料（如CsPbI₃或CsPbBr₃），由于其采用金屬銫陽離子來取代易揮發(fā)性有機(jī)陽離子，所以具有優(yōu)異的光、熱穩(wěn)定性。但是該材料在溫度低于300℃時(shí)易發(fā)生相轉(zhuǎn)變，由立方相（α相，帶隙約為1.73 eV）轉(zhuǎn)變?yōu)檎幌啵é南啵瑤都s為2.82 eV），從而無法成為合適的吸光材料。探索低溫穩(wěn)定的全無機(jī)鈣鈦礦材料成為研究熱點(diǎn)。

2015年，Kovalenko教授采用熱注射的方法首次合成了立方相全無機(jī)鈣鈦礦量子點(diǎn)，該材料在室溫下可長期穩(wěn)定。憑借其獨(dú)特的光電性質(zhì)，通過尺寸優(yōu)化，表面化學(xué)調(diào)控，鈍化及形貌調(diào)控，采用其作為太陽能電池的光吸收層已實(shí)現(xiàn)超過14%的光電轉(zhuǎn)化效率。然而，目前關(guān)于鈣鈦礦量子點(diǎn)太陽能電池的相關(guān)報(bào)道較少，主要原因是鈣鈦礦量子點(diǎn)薄膜制備工藝復(fù)雜，且材料展現(xiàn)出了極高的水、氧敏感性，從而影響了器件的重復(fù)性和穩(wěn)定性；還由于量子點(diǎn)表面包覆有一層有機(jī)長鏈配體，極大地影響了器件中載流子的傳輸，導(dǎo)致器件電流偏低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種光電轉(zhuǎn)換效率高、穩(wěn)定性好，且具有極高的光透過性和高的透過光顯色指數(shù)的基于半透明量子點(diǎn)太陽能電池及其制備方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是提供一種基于半透明量子點(diǎn)太陽能電池，包括導(dǎo)電玻璃基底、光吸收層、電子傳輸層、空穴傳輸層和金屬電極；所述的光吸收層采用寬帶隙鈣鈦礦量子點(diǎn)，電池的光譜響應(yīng)范圍為紫外光區(qū)域，可透射可見光區(qū)域的太陽光；其器件結(jié)構(gòu)包括正置結(jié)構(gòu)和反置結(jié)構(gòu)，所述的正置結(jié)構(gòu)依次為導(dǎo)電玻璃基底、電子傳輸層、光吸收層、空穴傳輸層和金屬陽極，所述的反置結(jié)構(gòu)依次為導(dǎo)電玻璃基底、空穴傳輸層、光吸收層、電子傳輸層和金屬陰極。

本發(fā)明技術(shù)方案還包括提供一種基于半透明量子點(diǎn)太陽能電池的制備方法，步驟如下：

（1）在導(dǎo)電玻璃基底上制備器件結(jié)構(gòu)為正置結(jié)構(gòu)的電子傳輸層，或制備器件結(jié)構(gòu)為反置結(jié)構(gòu)的空穴傳輸層；

（2）將寬帶隙鈣鈦礦量子點(diǎn)溶液采用噴涂法、刮涂法或旋涂法中的一種涂覆于電子傳輸層或空穴傳輸層上，再用反溶劑進(jìn)行表面配體洗滌；經(jīng)層層沉積形成量子點(diǎn)薄膜，得到光吸收層；