太陽能電池以及制備太陽能電池的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及能源領(lǐng)域。具體地，本發(fā)明涉及鈣鈦礦太陽能電池以及制備太陽能電 池的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 太陽能電池是一類通過光電轉(zhuǎn)換效應，將太陽光轉(zhuǎn)換為電能的能源供給裝置。目 前用于太陽能電池的材料以及太陽能電池的結(jié)構(gòu)多種多樣，其中，鈣鈦礦材料由于具有較 高的太陽光吸收率、較長的激子擴散程長以及高的能量轉(zhuǎn)換效率而被廣泛地應用到太陽能 電池的制備中。
[0003] 然而，目前的太陽能電池及其制備方法仍有待改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是基于發(fā)明人的下列發(fā)現(xiàn)而得到的：目前基于鈣鈦礦材料的太陽能電池， 普遍存在價格昂貴、器件的穩(wěn)定性以及壽命不理想等問題。發(fā)明人經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，這是 由于在基于鈣鈦礦材料的太陽能電池中，普遍需要制備空穴傳輸層以防止載流子復合，并 隔絕鈣鈦礦活性材料與水、氧的接觸。目前的空穴傳輸層材料多數(shù)是基于無機金屬氧化物、 有機高分子半導體材料以及小分子有機物構(gòu)成的。然而，無機金屬氧化物的電子能級難以 調(diào)控，因此與電池中其他層中材料的能級匹配程度較差;有機高分子材料分子量大，提純困 難，并且不易實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn);而上述小分子有機物，如2,2'，7,7'_四[N，N-二(4-甲氧基苯 基)氨基]-9，9 ' -螺二荷(Sp iro-OMeTAD)等物質(zhì)，合成方法復雜，價格昂貴，為黃金價格的五 倍，并且穩(wěn)定性較差。因此，采用上述材料作為空穴傳輸層的鈣鈦礦太陽能電池的成本很難 降低，也難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。Jangwon Seo等人發(fā)表在Advanced Energy Matreials上的 論文中（Jangwon Seo,Nam JoongJeon ,ffoon Seok Yang et. Adv. Energy Amter.2015 1501320)，將異丁基銅酞菁用于鈣鈦礦太陽能電池作為空穴傳輸層，在一定程度上緩解了 上述問題，但其未在器件穩(wěn)定性上做出進一步探討。
[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題之一或提供一種 額外的解決途徑。為此，本發(fā)明提出了一種太陽能電池。該太陽能電池的空穴傳輸層中為金 屬酞菁配合物。酞菁有機小分子材料具有優(yōu)良的光熱穩(wěn)定性、耐水氧、合成簡易、提純工藝 簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)。此外，通過對金屬酞菁配合物進行功能化修飾，還可以改變該配合 物溶解度、空穴迀移率、功函數(shù)等性能，提高金屬酞菁配合物與太陽能電池其它結(jié)構(gòu)的匹配 程度。由此，可以降低該太陽能電池的生產(chǎn)成本，并且易于控制空穴傳輸層的電子能級，有 利于提高該太陽能電池的使用壽命以及電池性能。本發(fā)明所提出的太陽能電池中所采用的 金屬酞菁配合物具有合成成本低，綠色環(huán)保，條件溫和的特點，且利用上述金屬酞菁配合物 作為空穴傳輸層的太陽能電池，同等條件下在光電轉(zhuǎn)換效率、電池穩(wěn)定性方面優(yōu)于Jangwon Seo等人所公開的太陽能電池。
[0006] 具體地，在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提出了一種太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的實施 例，該太陽能電池包括：電極;吸光層，所述吸光層設置在所述電極的下表面;空穴傳輸層， 所述空穴傳輸層設置在所述吸光層的下表面，所述空穴傳輸層含有金屬酞菁配合物；以及 對電極，所述對電極設置在所述空穴傳輸層的下表面，其中，所述金屬酞菁配合物具有式I 所示的通式，
[0007]
[0008] 其中，Μ為中心金屬，所述中心金屬包括選自二價Cu、二價Zn、二價Ni、二價Pd、二價 Sn、二價Pt，非二價A1、非二價V以及非二價Ti中的至少之一 Ri~Rs分別獨立地選自氫原子、 碳數(shù)為1~18的直鏈烷基、碳數(shù)為1~18的支鏈烷基以及碳數(shù)為1~18的樹枝狀烷基，前提 是，Ri~Rs不同時為氫，并且Ri~Rs不能同時滿足下列條件：
[0009] (a)Ri和Rs之一是氫和甲基之一，Ri和Rs的另一個是氫和甲基之一的另一個；
[0010] (b)R2和1?3之一是氫和甲基之一，R2和R3的另一個是氫和甲基之一的另一個；
[001 1 ] (C)R4和1?5之一是氫和甲基之一，R4和R5的另一個是氫和甲基之一的另一個；以及
[001 2] (d)R6和R7之一是氫和甲基之一，R6和R7的另一個是氫和甲基之一的另一個；
[0013] 且辦~1?8不能同時滿足下列條件：
[0014] (6)1?1和1?8之一是氫和異丁基之一，Ri和Rs的另一個是氫和異丁基之一的另一個；
[001 5] (f )R2和1?3之一是氫和異丁基之一，R2和R3的另一個是氫和異丁基之一的另一個； [0016] (g)R4和R5之一是氫和異丁基之一，R4和R5的另一個是氫和異丁基之一的另一個； 以及
[0017] (h)R6和R7之一是氫和異丁基之一，R6和R7的另一個是氫和異丁基之一的另一個。
[0018]由此，可以提高空穴傳輸層與吸光層的能級匹配程度，降低成本，并對吸光層起到 鈍化以及保護的作用。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述太陽能電池為介觀結(jié)構(gòu)媽鈦礦太陽能電池。由此，可以 利用具有介觀結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成鈣鈦礦太陽能電池，從而可以提高太陽能電池的性能。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述太陽能電池為平面結(jié)構(gòu)鈣鈦礦太陽能電池。由此，可以 利用鈣鈦礦材料構(gòu)成具有平面結(jié)構(gòu)的太陽能電池，從而可以提高該太陽能電池的性能。
[0021] 在本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提出了一種太陽能電池。根據(jù)本發(fā)明的實施例，該 太陽能電池包括:襯底，所述襯底包括選自透明玻璃以及透明聚合物膜的至少之一；電極， 所述電極設置在所述襯底的下表面，所述電極是由透明金屬氧化物形成的；電子傳輸層，所 述電子傳輸層設置在所述電極的下表面;吸光層，所述吸光層設置在所述電子傳輸層的下 表面，所述吸收層包括通式為ΑΒΧ3的鈣鈦礦型化合物，其中，A為選自甲氨基、乙胺基以及支 鏈氨基的至少之一，B為鉛或者錫，X為Cl、Br或者I;空穴傳輸層，所述空穴傳輸層設置在所 述吸光層遠的下表面，所述空穴傳輸層含有金屬酞菁配合物；以及對電極，所述對電極設置 在所述空穴傳輸層的下表面，其中，所述金屬酞菁配合物具有式I所示的通式，
[0022]
[0023]
[0024] 其中，Μ為中心金屬，所述中心金屬包括選自二價Cu、二價Zn、二價Ni、二價Pd、二價 Sn、二價Pt，非二價A1、非二價V以及非二價Ti中的至少之一 Ri~Rs分別獨立地選自氫原子、 碳數(shù)為1~18的直鏈烷基、碳數(shù)為1~18的支鏈烷基以及碳數(shù)為1~18的樹枝狀烷基，前提 是，Ri~Rs不同時為氫，并且Ri~Rs不能同時滿足下列條件：
[0025] (a)Ri和Rs之一是氫和甲基之一，Ri和Rs的另一個是氫和甲基之一的另一個；
[0026] (b)R2和1?3之一是氫和甲基之一，R2和R3的另一個是氫和甲基之一的另一個；
[0027] ( C)R4和1?5之一是氫和甲基之一，R4和R5的另一個是氫和甲基之一的另一個；以及
[0028] (d)R6和R7之一是氫和甲基之一，R6和R7的另一個是氫和甲基之一的另一個；
[0029] 且Ri~Rs不能同時滿足下列條件：
[0030] (6)1?1和1?8之一是氫和異丁基之一，Ri和Rs的另一個是氫和異丁基之一的另一個；
[0031 ] (f )R2和1?3之一是氫和異丁基之一，R2和R3的另一個是氫和異丁基之一的另一個；
[0032] (g)R4和R5之一是氫和異丁基之一，R4和R5的另一個是氫和異丁基之一的另一個； 以及
[0033] (h)R6和R7之一是氫和異丁基之一，R6和R7的另一個是氫和異丁基之一的另一個。
[0034 ]由此，可以降低該太陽能電池的成本，延長電池壽命，提高電池光電轉(zhuǎn)換效率。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述透明聚合物膜是由選自聚氯乙烯、聚對苯二甲酸乙二 醇酯、聚丙烯以及聚乙烯的至少之一形成的；所述透明金屬氧化物包括選自氧化銦錫、氟摻 雜錫氧化物以及鋁摻雜鋅氧化物的至少之一;所述電極的方塊電阻為5~120歐姆/□，優(yōu)選 8~30歐姆/□。由此，可以進一步提尚該太陽能電池的性能。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述電子傳輸層包括選自Ti02、Sn02、Zn0、富勒烯以及PCBM 的至少之一，所述電子傳輸層的厚度為20~150nm，優(yōu)選20~50nm;所述吸光層的厚度為100 ~1200nm，優(yōu)選100~400nm。由此，可以進一步提高該太陽能電池的性能。
[0037]在本發(fā)明的有一個方面，本發(fā)明提出了一種制備前面所述的太陽能電池的方法， 該方法包括：（1)提供襯底，在所述襯底的下表面通過濺射形成電極；（2)在所述電極的下表 面形成電子傳輸層，所述電子傳輸層是通過溶液成膜技術(shù)或者原子層