有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鈣鈦礦基薄膜太陽(yáng)能電池，特別是一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基的太陽(yáng)能電池。
【背景技術(shù)】
[0002]有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池近年來(lái)展現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能和巨大的潛力。隨著鈣鈦礦太陽(yáng)能電池技術(shù)的發(fā)展，基于這種吸光材料的電池器件光電轉(zhuǎn)換效率高達(dá)19.
[0003]鈣鈦礦吸光層結(jié)晶質(zhì)量及其與電極修飾層間的界面控制對(duì)電池的光電性能至關(guān)重要，直接影響著電池的轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。鈣鈦礦吸光層制備方法主要有液相法、氣相輔助液相法、氣相共蒸發(fā)沉積法等。液相法無(wú)需高溫高真空制程、工藝簡(jiǎn)單、適合大面積工業(yè)化生產(chǎn)，是目前制備鈣鈦礦吸光層的主要方法。
[0004]現(xiàn)有鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池結(jié)構(gòu)中，鈣鈦礦吸光層一般通過(guò)液相法直接沉積在電極修飾層表面(如Ti02、Zn0、PED0T:PSS等表面)，由于PbIjP CH3NH3I在涂布過(guò)程中快速自組裝成納米級(jí)鈣鈦礦微小晶粒，鈣鈦礦晶粒成核和膜層生長(zhǎng)方向難以控制，成膜后晶體中缺陷較多、規(guī)整度差，難以形成均勻致密的鈣鈦礦薄膜，降低了載流子的擴(kuò)散長(zhǎng)度，電子-空穴對(duì)復(fù)合嚴(yán)重。液相法受到前驅(qū)體溶液組份配比、濃度、溶劑以及旋涂轉(zhuǎn)速等多種因素影響，結(jié)晶質(zhì)量難以控制，結(jié)晶后薄膜形貌各異，高效電池器件制備可重現(xiàn)性較差，極大的限制了鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池產(chǎn)業(yè)化過(guò)程。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型要求解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)上述存在的問(wèn)題和不足，提供設(shè)置超薄定向?qū)拥挠袡C(jī)無(wú)機(jī)雜化媽鈦礦基太陽(yáng)能電池。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0007]一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，包括襯底和依次層疊于該襯底上的透明電極、電子傳輸層、超薄定向?qū)印⑩}鈦礦吸光層、空穴傳輸層和對(duì)電極。
[0008]一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，包括襯底和依次層疊于該襯底上的透明電極、空穴傳輸層、超薄定向?qū)印⑩}鈦礦吸光層、電子傳輸層和對(duì)電極。
[0009]—種優(yōu)選方案，所述超薄定向?qū)雍穸葹?.5-15nm。
[0010]—種優(yōu)選方案，所述超薄定向?qū)雍穸葹?.6-10nm。
[0011]—種優(yōu)選方案，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為100-1000nm。
[0012]一種優(yōu)選方案，所述鈣鈦礦吸光層的厚度為150-550nm。
[0013]—種優(yōu)選方案，所述電子傳輸層的厚度為5-150nm。
[0014]—種優(yōu)選方案，所述電子傳輸層的厚度為10-50nm。
[0015]—種優(yōu)選方案，所述空穴傳輸層厚度為5-500nm。
[0016]—種優(yōu)選方案，所述空穴傳輸層厚度為10-150nm。
[0017]與現(xiàn)有直接溶液法制備鈣鈦礦技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果表現(xiàn)在:
[0018](I)本實(shí)用新型通過(guò)增設(shè)超薄定向?qū)?，超薄定向?qū)又协h(huán)狀分子的空腔與鉛離子絡(luò)合作用，可以使鈣鈦礦晶體在自組裝時(shí)定向生長(zhǎng)，提高結(jié)晶規(guī)整度，降低鈣鈦礦晶體內(nèi)部缺陷，形成高結(jié)晶性均勻鈣鈦礦層；有效提高鈣鈦礦層內(nèi)部載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，防止電子-空穴對(duì)在鈣鈦礦層內(nèi)部及界面的復(fù)合，進(jìn)而顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。
[0019](2)本實(shí)用新型的超薄定向?qū)又协h(huán)狀分子可以起到定向模板作用，使鈣鈦礦吸光層結(jié)晶質(zhì)量不易受到成膜條件影響，提高器件制備的可重復(fù)性。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2是本實(shí)用新型另一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖中各標(biāo)號(hào)表不為:1-襯底、2-透明電極、3-電子傳輸層、4-超薄定向?qū)印?-1?鈦礦吸光層；6_空穴傳輸層；7_對(duì)電極。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本實(shí)用新型的技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。此處說(shuō)明僅限于解釋本實(shí)用新型，并不是為了限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0024]圖1是本實(shí)用新型的一種結(jié)構(gòu)示意圖，它包括襯底1，設(shè)置在襯底I上的透明電極2，在透明電極2上形成半導(dǎo)體材料的電子傳輸層3，在電子傳輸層3上形成超薄定向?qū)?，在超薄定向?qū)?上形成的鈣鈦礦吸光層5，在鈣鈦礦吸光層5上形成的空穴傳輸層6，在空穴傳輸層6上形成的對(duì)電極7。
[0025]圖2是本實(shí)用新型的另一種結(jié)構(gòu)示意圖，它包括襯底1，設(shè)置在襯底I上的透明電極2，在透明電極2上形成空穴傳輸層6，在空穴傳輸層6上形成超薄定向?qū)?，在超薄定向?qū)?上形成的鈣鈦礦吸光層5，在鈣鈦礦吸光層5上形成的電子傳輸層3，在電子傳輸層3上形成的對(duì)電極7。
[0026]以圖1所示的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池的結(jié)構(gòu)為例。
[0027]在使用液相法制備鈣鈦礦吸光層5之前，對(duì)電子傳輸層3進(jìn)行界面修飾，形成超薄定向?qū)?。超薄定向?qū)?由空腔內(nèi)徑可以與鉛離子絡(luò)合的環(huán)狀分子構(gòu)成，通過(guò)環(huán)狀分子的大環(huán)結(jié)構(gòu)效應(yīng)使其空腔與PbI2分子中鉛離子絡(luò)合，快速形成一層均勻排布的PbI 2晶核，控制PbI2晶體生長(zhǎng)方向，從而使鈣鈦礦晶體在自組裝時(shí)定向生長(zhǎng)，提高結(jié)晶規(guī)整度，降低鈣鈦礦晶體內(nèi)部缺陷。
[0028]環(huán)狀分子可選自:單苯并15-冠-5、苯乙烯基15-冠-5、二苯并15-冠-5、二苯并18-冠-6、N，N-二甲基腈乙基二氮雜-18-冠-6、四苯基卟啉、四(2-羥基-1-萘基)卟啉、四(2-甲氧基-1-萘基)卟啉、四-對(duì)叔丁基杯[4]芳烴、四-對(duì)叔丁基[6]杯芳烴、四偶氮苯甲酸基杯[4]芳烴、四酰胺基取代杯[4]芳烴、二溴二丙氧基杯[4]芳烴、β-環(huán)糊精及其衍生物等材料任意一種。
[0029]超薄定向?qū)拥暮穸瓤蔀?.5-15nm，優(yōu)選0.6-lOnm ;厚度> 15nm，阻礙空穴從媽鈦礦吸光層5到空穴傳輸層6的傳輸；厚度< 0.5nm，薄膜不能完整、均勻的覆蓋在電子傳輸層3表面，不能充分起到結(jié)晶定向作用。
[0030]鈣鈦礦吸光層5厚度為lOO-lOOOnm，優(yōu)選150_550nm。
[0031 ] 電子傳輸層3厚度為5-150nm，優(yōu)選10_50nm。
[0032]所述空穴傳輸層的厚度為5-500nm，優(yōu)選10_150nmo
[0033]對(duì)電極一般采用具有較高功函數(shù)的材料，如金、銀、銅、鋁等金屬，可以采用真空蒸鍍等制作方法。
[0034]另一種結(jié)構(gòu)的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，是在空穴傳輸層6上形成超薄定向4層，在超薄定向?qū)?上形成鈣鈦礦吸光層5，在鈣鈦礦吸光層上形成電子傳輸層3 ;其余相同。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括襯底和依次層疊于該襯底上的透明電極、電子傳輸層、超薄定向?qū)?、鈣鈦礦吸光層、空穴傳輸層和對(duì)電極。
2.—種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，包括襯底和依次層疊于該襯底上的透明電極、空穴傳輸層、超薄定向?qū)印⑩}鈦礦吸光層、電子傳輸層和對(duì)電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述超薄定向?qū)佣葹?.5-15nm0
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述超薄定向?qū)雍穸葹?.6-10nmo
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸光層厚度為100-1000nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述鈣鈦礦吸光層厚度為150-550nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電子傳輸層的厚度為5-150nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述電子傳輸層的厚度為10-50nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述空穴傳輸層厚度為5-500nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，其特征在于，所述空穴傳輸層厚度為10-150nmo
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種有機(jī)無(wú)機(jī)雜化鈣鈦礦基太陽(yáng)能電池，包括襯底和依次層疊于該襯底上的透明電極、電子傳輸層、超薄定向?qū)印⑩}鈦礦吸光層、空穴傳輸層和對(duì)電極。本實(shí)用新型可有效提高鈣鈦礦層內(nèi)部載流子擴(kuò)散長(zhǎng)度，防止電子-空穴對(duì)在鈣鈦礦層內(nèi)部及界面的復(fù)合，進(jìn)而顯著提高電池的光電轉(zhuǎn)換效率和穩(wěn)定性。同時(shí)，超薄定向?qū)拥亩ㄏ蚰０遄饔?，使鈣鈦礦吸光層結(jié)晶質(zhì)量不易受到成膜條件影響，提高器件制備的可重復(fù)性。
【IPC分類】H01L51-42, H01L51-48, H01L51-46
【公開(kāi)號(hào)】CN204497277
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520211746
【發(fā)明人】王亞麗, 王金鳳, 李秀貞, 劉賢豪, 侯麗新, 李麗, 程媛
【申請(qǐng)人】中國(guó)樂(lè)凱集團(tuán)有限公司
【公開(kāi)日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日