太阳能电池及其制造方法技术

本发明专利技术涉及太阳能电池及其制造方法。根据该制造方法，可以通过使用特定摩尔比的有机卤化物和金属卤化物诱导复合防止层的自发形成来制造高效率的钙钛矿太阳能电池。

Solar cells and their manufacturing methods

The invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof. According to this method, an efficient perovskite solar cell can be produced by using a specific molar ratio of organic halides and metal halides to induce the spontaneous formation of the composite prevention layer.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电池及其制造方法
相关申请的交叉引用本申请要求于2016年3月16日提交的韩国专利申请第10-2016-0031485号的优先权的利益，其全部公开内容通过引用并入本文。本专利技术涉及太阳能电池及其制造方法。
技术介绍
为了解决化石能源的耗竭以及由于其使用而导致的全球环境问题，已经积极地进行了对可再生并且清洁的替代能源(如太阳能、风能和水能)的研究。在这些中，对可将太阳光直接转化成电能的太阳能电池的关注已显著增加。此处，太阳能电池意指吸收来自太阳光的光能并通过利用由电子和空穴产生的光伏效应来产生电流-电压的电池。目前，可制造光能转化效率大于20％的n-p二极管型硅(Si)单晶系太阳能电池，并实际用于光伏发电，并且还存在使用化合物半导体如砷化镓(GaAs)的太阳能电池，其具有比n-p二极管型硅(Si)单晶系太阳能电池更高的转化效率。然而，这些无机半导体系太阳能电池出于高效率而要求纯化至非常高的纯度的材料，因此为了纯化原材料而消耗大量的能量，并且在使用原材料生产单晶或者使膜更薄的过程中还需要昂贵的加工设备，使得在降低制造太阳能电池的成本方面存在限制，这已成为大规模使用太阳能电池的障碍。因此，为了以低成本制造太阳能电池，需要大幅降低用于太阳能电池的核心材料或太阳能电池的制造过程的成本，并且作为无机半导体系太阳能电池的替代品，已经积极进行了对可使用廉价的材料和工艺制造的染料敏化太阳能电池和有机太阳能电池的研究。染料敏化太阳能电池(dye-sensitizedsolarcell，DSSC)首次于1991年由瑞士洛桑联邦理工学院(SwissNationalHigherInstituteofTechnologyinLausanne，EPFL)的MichaelGratzel教授研发并在Nature(第353卷，第737页)中报道。早期的染料敏化太阳能电池具有这样的简单结构：其中吸收光的染料被吸附到透明电极膜的多孔光阳极上，光和电流动穿过该透明电极膜，顶部设置有另一导电玻璃基底，并且其间填充有液体电解质。染料敏化太阳能电池的操作原理如下。当化学吸附在多孔光阳极表面上的染料分子吸收太阳能时，染料分子产生电子-空穴对，并且电子被注入到用作多孔光阳极的半导体氧化物的导带中以传输至透明导电膜，由此产生电流。留在染料分子中的空穴以以下方式构成完整的太阳能电池电路：其中空穴通过由液体或固体电解质的氧化-还原反应引起的空穴传导或者空穴导电聚合物传输至光阴极，由此进行外部工作。在染料敏化太阳能电池的配置中，透明导电膜主要由氟掺杂的氧化锡(FTO)或铟掺杂的氧化锡(ITO)制成，并且具有宽带隙的纳米颗粒用作多孔光阳极。作为染料，以化学方式合成并使用这样的多种材料：其能够特别充分地吸收光，并且由于染料的最低未占据分子轨道(LUMO)能级高于光阳极材料的导带能级而容易分离由光产生的激子，从而提高太阳能电池的效率。在大约20年中，迄今为止报道的液体型染料敏化太阳能电池的最大效率仅为11％至12％。液体型染料敏化太阳能电池具有相对高的效率，由此使其可能被商业化。然而，存在由挥发性液体电解质引起的随时间的稳定性问题和由于使用高成本的基于钌(Ru)的染料而引起的降低成本的问题。为了解决这些问题，已经进行了对使用离子溶剂的非挥发性电解质代替挥发性液体电解质、凝胶型聚合物电解质和廉价的纯有机染料的使用的研究，但是使用这些材料的染料敏化太阳能电池的效率低于使用挥发性液体电解质和基于钌(Ru)的染料的染料敏化太阳能电池的效率。同时，自20世纪90年代中期以来一直认真研究的有机光伏(OPV)由具有电子供体(D，或通常称为空穴受体)特性和电子受体(A)特性的有机材料构成。当由有机分子制成的太阳能电池吸收光时，形成被称为激子的电子和空穴。激子移动至D-A界面使得电荷分离，电子移动至电子受体而空穴移动至电子供体，从而产生光电流。由于在电子供体中产生的激子通常可移动的距离为约10nm，这是非常短的，因此，不能将光活性有机材料层合得较厚，因此光吸收谱低且效率低。然而，近年来，由于增加界面表面积的所谓体异质结(BHJ)概念的引入，以及对容易吸收宽范围的太阳光的具有小带隙的电子供体有机材料的开发，效率得到大大提高，已报道了效率超过8％的有机太阳能电池(AdvancedMaterials,23(2011)4636)。在有机太阳能电池中，由于有机材料的容易加工性、其多样性及其低成本，所以电池的制造过程是简单的，使得与现有太阳能电池相比，有机太阳能电池可以以低单位成本制造。然而，有机太阳能电池具有这样的问题：BHJ的结构因氧或空气中的水分而劣化从而使其效率迅速降低，即太阳能电池的稳定性问题。当为了解决此问题而引入将太阳能电池完全密封的技术时，可以增加稳定性，但是成本也会增加。作为解决由液体电解质引起的染料敏化太阳能电池的问题的方法，MichaelGratzel(瑞士EPFL的化学教授，染料敏化太阳能电池的专利技术者)在1998年的Nature中报道了使用螺-OMeTAD(2,2′,7,7′-四(N,N-二-对-甲氧基苯基胺)-9,9′-螺双芴)(一种固体型空穴导电有机材料)代替液体电解质的全固态染料敏化太阳能电池的效率为0.74％。随后，通过优化结构、改善界面特性和提高空穴传导率将效率提高至约6％，此外，已经制造了使用廉价的纯有机染料代替基于钌的染料并且使用P3HT、PEDOT等作为空穴导体的太阳能电池，但是该太阳能电池的效率仍然低，为2％至7％。此外，已经报道了对使用量子点纳米颗粒作为光吸收剂代替染料和使用空穴导电无机材料或有机材料代替液体电解质的太阳能电池的研究。已经报道了使用CdSe、PbS等作为量子点并且使用导电聚合物如螺-OMeTAD或P3HT作为空穴导电有机材料的许多太阳能电池，但是其效率仍然非常低，低于5％。此外，已经报道了使用Sb2S3作为光吸收无机材料并且使用PCPDTBT作为空穴导电无机材料的太阳能电池的效率为约6％(NanoLetters,11(2011)4789)。但是尚未报道效率的进一步提高。此外，已经报道了使用具有有机/无机混杂钙钛矿结构的材料而不是由纯无机材料制成的量子点代替用于染料敏化太阳能电池的染料的效率为约9％(ScientificReports2,591)。作为这些具有钙钛矿结构的化合物的代表性实例，可以提到CH3NH3PbI3。CH3NH3PbI3的光吸收层通过以1:1的摩尔比使用CH3NH3I和PbI2而形成，并且空穴传输层在由CH3NH3PbI3形成的光吸收层上形成。然而，由于在具有钙钛矿结构的物质的光吸收层与空穴传输层之间形成了不稳定界面，使用钙钛矿的太阳能电池表现出与其他太阳能电池相比相对较低的光电压和填充因子。因此，难以预期使用钙钛矿的太阳能电池的高效率。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个目的是提供一种用于制造太阳能电池的方法，所述方法能够诱导复合(recombination)防止层的自发形成以生产高效的钙钛矿太阳能电池。本专利技术的另一目的是提供通过所述制造太阳能电池的方法制造的太阳能电池。技术方案在下文中，将描述根据本专利技术的具体实施方案的用于制造太阳能电池的方法、通过该方法制造的太阳能电池等。根据本专利技术的一个实施方案，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造太阳能电池的方法，包括以下步骤：将包含摩尔比为1.03:1至1.07:1的有机卤化物和金属卤化物的溶液旋涂在电子传输层上，以及然后经历热处理以形成包含有机/无机混杂钙钛矿化合物的光吸收层，和在所述光吸收层上的由有机卤化物形成的复合防止层。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.16 KR 10-2016-00314851.一种用于制造太阳能电池的方法，包括以下步骤：将包含摩尔比为1.03:1至1.07:1的有机卤化物和金属卤化物的溶液旋涂在电子传输层上，以及然后经历热处理以形成包含有机/无机混杂钙钛矿化合物的光吸收层，和在所述光吸收层上的由有机卤化物形成的复合防止层。2.根据权利要求1所述的用于制造太阳能电池的方法，其中将由以下化学式1表示的化合物用作所述有机卤化物：[化学式1]AX在化学式1中，A为R1R2R3R4N+或(R5R6N＝CH-NR7R8)+的有机阳离子，其中R1至R8各自独立地为氢或C1-10烷基，条件是R1至R4中的至少一者为C1-10烷基，以及X为卤素。3.根据权利要求1所述的用于制造太阳能电池的方法，其中将由以下化学式2表示的化合物用作所述金属卤化物...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴银石，朴南圭，孙大龙，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，成均馆大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR