一種新型雜化太陽能電池及其制備方法技術

本發明專利技術涉及一種新型雜化太陽能電池及其制備方法，屬于光電子器件技術領域。本發明專利技術所述雜化太陽能電池由下到上依次包括透明襯底、復合底電極層、空穴傳輸層、有機無機雜化鈣鈦礦光敏層CH

Novel hybrid solar cell and preparation method thereof

The invention relates to a novel hybrid solar cell and a preparation method thereof, belonging to the technical field of optoelectronic devices. The hybrid solar cell of the present invention sequentially comprises a transparent substrate, a composite bottom electrode layer, a hole transport layer, an organic-inorganic hybrid perovskite photosensitive layer, and a CH

【技術實現步驟摘要】
一種新型雜化太陽能電池及其制備方法
本專利技術涉及一種新型雜化太陽能電池及其制備方法，屬于光電子器件

技術介紹
近年來，為了解決日益嚴峻的能源和環境問題，人們把目光投向了新能源的開發和利用上。在各種新能源技術中，太陽能發電無疑是最具有前景的方向之一。傳統的硅基太陽能電池雖然實現了產業化，有著較為成熟的市場，但其性價比還無法與傳統能源相競爭，并且制造過程中的污染和能耗問題影響了其廣泛應用。因此，研究和發展高效率、低成本的新型太陽能電池十分必要。在眾多的新型太陽能電池里，鈣鈦礦太陽能電池近兩年脫穎而出，自從2012年PARK課題組首次報道壽命500小時以上、效率達到9.7%的全固態鈣鈦礦太陽能電池以來，鈣鈦礦太陽能電池受到了學界和產業界的極大關注，發展迅速，還被《Science》評選為2013年十大科學突破之一。鈣鈦礦太陽能電池具有光吸收系數大、激子擴散長度長、載流子遷移率高等優點。典型的鈣鈦礦太陽能電池的結構有兩種：一種為介孔結構，另一種為平面結構。與介孔結構相比，平面結構鈣鈦礦電池結構簡單，可在低溫條件下制備。平面鈣鈦礦太陽能電池就是在鈣鈦礦光敏層的前后分別加上電子傳輸層和空穴傳輸層形成三明治結構。。在平面鈣鈦礦太陽能電池中，使用最多的底電極是錫摻雜氧化銦(ITO)和空穴傳輸材料是Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS)。隨著移動智能設備的快速發展,透明電極的市場迅猛增長。錫摻雜氧化銦(ITO)透明電極占據透明電極絕大部分的市場份額。但是銦是一種稀缺資源，價格昂貴，另一方面ITO存在脆性、耐熱性差、和大面積下導電性差的問題，人們迫切的希望可以開發新的可以取代ITO的透明電極。同時，雖然使用PEDOT:PSS作為空穴傳輸層的鈣鈦礦電池可以達到較高的效率，但是由于PEDOT:PSS具有較強的酸性，其對ITO電極會產生較強的腐蝕作用，造成器件壽命的下降。因此在鈣鈦礦雜化太陽能中開發新的透明電極對于提高器件壽命，降低器件成本具有重要的意義。。
技術實現思路
針對現有技術的不足，本專利技術的目的在于提供一種新型雜化太陽能電池及其制備方法。為實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案為：一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，器件由下到上依次包括透明襯底、復合底電極、空穴傳輸層、有機無機雜化鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層、電極修飾層和反射電極層。進一步的，所述的透明襯底為玻璃襯底或者柔性透明襯底。進一步的，所述的復合底電極為MoO3/Ag/MoO3，MoO3、Ag、MoO3的厚度分別為20-50nm、10-15nm、20-50nm。進一步的，所述的空穴傳輸層為PEDOT:PSS，空穴傳輸層厚度20-50nm。進一步的，所述的有機無機雜化鈣鈦礦光敏層CH3NH3PbClXI3-X，CH3NH3PbClXI3-X光敏層厚度為100-1000nm。進一步的，所述的電子傳輸層為C60、C70或者PCBM中的一種，電子傳輸層厚度為30-50nm；所述的電極修飾層為Bphen、BCP或者AlQ3中的一種，電極修飾層厚度5-10nm。進一步的，所述的反射電極為Al電極、Ag電極、Au電極中的一種，所述反射電極的厚度為100-200nm。進一步的，器件的制備包括以下步驟：(1)透明襯底預處理：透明襯底采用丙酮、玻璃清洗劑依次清洗，然后在丙酮、去離子水、異丙醇中各超聲處理10分鐘，用氮氣吹干后紫外燈照射處理10分鐘待用；(2)復合底電極層制備：真空鍍膜機中，真空度小于5×10-4的真空條件下，在透明襯底上通過熱蒸發的方法依次沉積一層20-50nm的MoO3、10-20nm的Ag、20-50nm的MoO3，形成MoO3/Ag/MoO3底電極；各層的沉積厚度通過石英晶振片監控，沉積速率控制在0.05nm/s；(3)空穴傳輸層制備：在MoO3/Ag/MoO3底電極上，采用旋轉涂覆的方法生長一層PEDOT:PSS空穴傳輸層，涂覆完畢后在120℃加熱板上退火20分鐘；(4)有機無機雜化鈣鈦礦光敏層制備：室溫下配置有機無機雜化鈣鈦礦前驅體溶液，將定量的CH3NH3I、PbX2(式中X為Cl或I）)在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中溶解，60℃條件下加熱12小時至溶解充分，得到有機無機雜化鈣鈦礦前驅體溶液；利用勻膠機將前驅體溶液旋轉涂覆在空穴傳輸層上；在100℃的加熱板上退火處理30-120分鐘，去除殘留溶劑并制得結晶性能良好的有機無機雜化鈣鈦礦光敏層；(5)電子傳輸層制備：真空度小于5×10-4的真空條件下，在有機無機雜化鈣鈦礦光敏層上通過熱蒸發的方法或者旋轉涂覆的方法生長一層30-50nm的C60、C70或者PCBM作為電子傳輸層；(6)電極修飾層制備：在電子傳輸層上通過熱蒸發的方法或者旋轉涂覆的方法生長一層5-10nm的Bphen、BCP或者AlQ3作為電極修飾層；(7)反射電極層制備：在電極修飾層上通過熱蒸發的方法沉積一層100-200nm的Al、Ag或者Au作為反射電極層，獲得雜化太陽能電池。本專利技術采用MoO3/Ag/MoO3透明電極作為雜化太陽能電池的底電極層，各層的作用如下：(1)Ag層負責電荷的收集，提高底電極的導電性；(2)前層MoO3層可以增加底電極的透光性，提高器件的效率，提高沉積的Ag在基板上的附著性；(3)后層的MoO3可以對薄的Ag起到有效的保護作用，同時提高底電極的功函數，促進空穴的收集，提高器件的壽命和效率。本專利技術的有益效果如下：本專利技術的新型雜化太陽能電池結構與制備方法至少具有以下作用:(1)避免了傳統ITO透明電極的使用，節約了銦資源，降低了器件成本；(2)MoO3/Ag/MoO3化學性質穩定，避免了酸性的PEDOT:PSS空穴傳輸層對ITO底電極的腐蝕，提高了器件的壽命；(3)所述的MoO3/Ag/MoO3底電極可以采用現有的OLED蒸鍍設備一次成膜制備，操作簡單、成本低廉、與柔性基底兼容，易于實現大面積工業生產。附圖說明圖1為本專利技術的新型雜化太陽能電池結構示意圖。圖2為本專利技術的復合底電極層結構示意圖。具體實施方式一種新型雜化太陽能電池，器件結構示意如圖1所示，器件由下到上依次包括透明襯底、復合底電極層、空穴傳輸層、有機無機雜化鈣鈦礦光敏層、電子傳輸層、電極修飾層和反射電極層。其中復合底電極層如圖2所示，包括一次生長的一層MoO3、一層Ag和另一層MoO3。下面結構具體實施例對本專利技術作更詳細的說明。實施例一：一種新型雜化太陽能電池，器件結構為Glass/MoO3(20nm)/Ag(10nm)/MoO3(20nm)/PEDOT:PSS(40nm)/CH3NH3PbI3(300nm)/C60(30nm)/BCP(5nm)/Ag(100nm)，其中Glass為透明襯底、MoO3/Ag/MoO3為復合底電極層、PEDOT:PSS為空穴傳輸層、CH3NH3PbI3為有機無機雜化鈣鈦礦光敏層、C60為電子傳輸層、BCP為電極修飾層和Ag為反射電極層。器件的制備包括(1)玻璃透明襯底預處理：玻璃透明襯底采用丙酮、玻璃清洗劑依次清洗，然后在丙酮、去離子水、異丙醇中各超聲處理10分鐘，用氮氣吹干后紫外燈照射處理10分鐘待用；(2)復合底電極本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，器件由下到上依次包括透明襯底、復合底電極層、空穴傳輸層、有機無機雜化鈣鈦礦光敏層CH

【技術特征摘要】
1.一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，器件由下到上依次包括透明襯底、復合底電極層、空穴傳輸層、有機無機雜化鈣鈦礦光敏層CH3NH3PbClXI3-X、電子傳輸層和反射電極層。2.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，所述的透明襯底為玻璃襯底或者柔性透明襯底。3.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，所述的復合底電極層為MoO3/Ag/MoO3，MoO3、Ag、MoO3的厚度分別為20-50nm、10-15nm、20-50nm。4.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，所述的空穴傳輸層為PEDOT:PSS，空穴傳輸層厚度20-50nm。5.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，所述的有機無機雜化鈣鈦礦光敏層CH3NH3PbClXI3-X厚度為100-1000nm。6.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，所述的電子傳輸層為C60、C70或者PCBM中的一種，電子傳輸層厚度為30-50nm；所述的電極修飾層為Bphen、BCP或者AlQ3中的一種，電極修飾層厚度5-10nm。7.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池，其特征在于，所述的反射電極層為Al電極、Ag電極、Au電極中的一種，所述反射電極層的厚度為100-200nm。8.如權利要求1所述的一種新型雜化太陽能電池的制備方法,其特征在于，器件的制備包括以下步驟：(1)透明襯底預處理：透明襯底采用丙酮、玻璃清洗劑依次清洗，然后在丙酮、去離子水、異丙醇中各超聲處理10分鐘，用氮...

【專利技術屬性】
技術研發人員：晉芳芳，
申請(專利權)人：晉芳芳，
類型：發明
國別省市：安徽,34