太阳能电池制造技术

技术编号:20023969 阅读:49 留言:0更新日期:2019-01-06 03:36
本公开涉及一种太阳能电池,所述太阳能电池具有第一电极、第二电极和设置在所述第一电极和所述第二电极之间的层叠结构。所述层叠结构包括光吸收层、设置在所述第一电极和所述光吸收层之间的有机p型层以及设置在所述第二电极和所述第一光吸收层之间的n型层,所述光吸收层包含具有钙钛矿晶体结构的吸收剂化合物。所述有机p型层包括以下层中的至少一个:包含有机p型掺杂剂的层以及包含有机p型掺杂剂和第一有机芳族基质化合物的混合物的层。所述n型层包括以下层中的至少一个:包含n型掺杂剂的层以及包含n型掺杂剂和第二有机芳族基质化合物的混合物的层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电池
本公开涉及一种太阳能电池。
技术介绍
薄膜光伏是未来低成本且可持续的可再生能源中的一项关键技术。有机-无机(混合)卤化铅钙钛矿太阳能电池,由于它们的如今超过21%的令人印象深刻的功率转换效率(PCE),已经被提出用于光伏应用。(参见Kojima等人,J.Am.Chem.Soc.131,6050-6051(2009);Lee等人,Science338,643-647(2012);Yang等人,Science348,1234-1237(2015))。钙钛矿薄膜吸收剂可以通过简单的溶液或升华方法沉积,因此具有制备廉价光伏器件的巨大潜力。高PCE是混合钙钛矿的光生电子和空穴的非常高的吸收系数和迁移率的结果。为了制备高性能太阳能电池,需要具有高结晶度的均匀钙钛矿薄膜,以降低捕集阱浓度并实现电荷载流子的充分迁移率(参见Nie等人,Science347,522-525(2015))。使用典型钙钛矿、甲基铵碘化铅(MAPbI3)可以产生高效器件的同时,通过结合甲脒(FA)进一步减小带隙使得能够捕获额外的近红外光子(参见Pellet等人,AngewandteChemieInternationalEdition53,3151-3157(2014))。当通过用溴化物代替部分碘化物使这种混合的有机阳离子钙钛矿进一步稳定化时,获得用于钙钛矿电池的冠军材料(FAPbI3)1-x(MAPbBr3)x(参见Yang等人,Science348,1234-1237(2015);Jeon等人,Nature517,476-480(2015);Bi等人,ScienceAdvances2(2016))。已经使用了不同的太阳能电池架构。其中一种源自染料敏化的太阳能电池,并且由涂覆有介孔或平面TiO2层(n型,因此用作电子传输层,ETL)的透明导电基材组成,向太阳能电池中或太阳能电池上施用钙钛矿光吸收层。然后,通常由有机半导体组成的空穴传输层(HTL,p型)自溶液沉积在钙钛矿之上,并且用蒸发的顶部电极来完成所述器件(参见Stranks等人,Science342,341-344(2013);Eperon等人,AdvancedFunctionalMaterials24,151-157(2014);Conings等人,AdvancedMaterials26,2041-2046(2014);和Chen等人,JournaloftheAmericanChemicalSociety136,622-625(2014))。与上述的架构相比,另一种构造是倒置的,并且导电基材涂覆有HTL,接着是钙钛矿吸收剂和ETL,ETL涂覆有合适的蒸发的顶部电极(参见Wu等人,Energy&EnvironmentalScience8,2725-2733(2015);Zhou等人,Science345,542-546(2014)。虽然这两种器件构造已经被认定为“常规的”和“倒置的”,但是这类器件可以不妨称为n-i-p器件和p-i-n器件。在
技术实现思路
中将提供n-i-p器件和p-i-n器件的详细说明。Chen等人(Science350,944-948(2015))证明,平面器件中的PCE可受到金属氧化物层的电导率的限制,其可以通过掺杂这些层来增加。这通过将具有不同价态的杂原子结合到溶液处理的金属氧化物中来实现,但仅导致电导率的小幅增加(约一个数量级)。因此,只能使用非常薄的金属氧化物传输层(<20nm),否则PCE将显著下降。我们提出了一种控制钙钛矿器件中电荷传输层的电导率的更通用的策略,该策略是使用掺杂的有机半导体。这些材料用于有机发光二极管以及小分子量有机太阳能电池中。在掺杂的有机半导体中,通过增加掺杂浓度,电导率可以跨越几个数量级变化。然而,目前尚不清楚,是否这种掺杂层的结合将为钙钛矿太阳能电池产生足够的电荷载流子传输,而不与其它关键PV参数例如PCE、FF、Voc和寿命相冲突并因此降低整体性能。与OLED(有机发光二极管)相反,不施加外部电压,并且与有机光伏器件(其通常使用更薄的吸收层和多个串联连接的吸收器单元)的情况相反,电流密度更大。此外,大多数报道的采用真空沉积钙钛矿吸光层的有机-无机(混合)卤化铅钙钛矿太阳能电池确实采用自溶液处理的电荷传输层。完全真空处理的太阳能电池器件将提供与温度敏感的基材相容的额外优点,使得能够实现在非平面基材上的保形涂层以及直接实施于串联太阳能电池中(参见Polander等人,APLMaterials2,081503(2014))。除了真空处理所需的沉积系统的高的复杂水准之外,它们已经在电子工业中实施,因为长期以来证明了高的生产量和可靠性(Ono等人,JournalofMaterialsChemistryA(2016))。通过选择与钙钛矿的导带和价带的能级有关的特定空穴传输分子,证明了高达1.1V的开路电压(Voc)(Polander等人,APLMaterials2,081503(2014);Kim等人,OrganicElectronics17,102-106(2015);Ono等人,JournalofMaterialsChemistryA(2016))。对于具有相当高滞后现象的器件(在相反的偏置扫描方向上测量的相同电池获得14.0%PCE)测得了最高效率(15.4%),其使用单层的未掺杂的有机分子作为电荷提取层(参见Ke等人,JournalofMaterialsChemistryA3,23888-23894(2015))。这与Berhe等人,EnergyEnviron.Sci.,2016,9,323-356的结论一致:利用溶液处理的钙钛矿吸收剂倒能实现钙钛矿太阳能电池的高稳定性和寿命。在文献EP2942826A2中公开了电掺杂的钙钛矿层及其在光电器件中作为光吸收和/或电荷传输层的用途。文献WO2012/175219A1涉及一种电子器件。太阳能电池可以包括两层的序列:C60/C60:有源层(SubPc)和电极(AI)之间的化合物。化合物是包括有机化合物(即,N1,N4-双(三对甲苯基膦烯)苯-1,4-二胺(PhIm))的分子n型掺杂剂。现有技术的太阳能电池可能具有低开路电压、低短路电流、低效率、短寿命和/或低填充因子的问题。
技术实现思路
本公开的一个目的在于提供一种克服现有技术的缺点的太阳能电池。具体地,一个目的在于提供一种具有改善的开路电压、短路电流、效率、寿命和/或高填充因子的太阳能电池。提供了根据权利要求1所述的太阳能电池。可选的实施方式公开于从属权利要求中。太阳能电池包括第一电极和第二电极以及设置在第一电极和第二电极之间的至少一个层叠结构。所述至少一个层叠结构包括第一光吸收层,该第一光吸收层设置有约200nm至约700nm的层厚度,并且包含具有钙钛矿晶体结构的吸收剂化合物。在一个方面,提供了一种太阳能电池,所述太阳能电池包括:-第一电极;-第二电极;和-设置在第一电极和第二电极之间的至少一个层叠结构,该至少一个层叠结构包括:-第一光吸收层,所述第一光吸收层具有约200nm至约700nm的层厚度,并且包含具有钙钛矿晶体结构的吸收剂化合物;-设置在第一电极和第一光吸收层之间的第一有机p型层,所述第一有本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种太阳能电池,所述太阳能电池包括:‑第一电极;‑第二电极;和‑设置在所述第一电极和所述第二电极之间的至少一个层叠结构,所述至少一个层叠结构包括:‑第一光吸收层,所述第一光吸收层具有约200nm至约700nm的层厚度,并且包含具有钙钛矿晶体结构的吸收剂化合物;‑设置在所述第一电极和所述第一光吸收层之间的第一有机p型层,所述第一有机p型层包括以下层中的至少一个:‑包含有机p型掺杂剂的层;和‑包含有机p型掺杂剂和第一有机芳族基质化合物的混合物的层;其中,对于所述第一有机p型层,设置以下条件:‑所述第一有机芳族基质化合物具有约400至约1500的分子量;‑所述有机p型掺杂剂具有约350至约1700的分子量;‑当在相同条件下通过循环伏安法相对于Fc/Fc+在二氯甲烷溶液中测量时,所述第一有机芳族基质化合物的氧化电位与N2,N2,N2’,N2’,N7,N7,N7’,N7’‑八(4‑甲氧基苯基)‑9,9’‑螺二[芴]‑2,2’,7,7’‑四胺相比是相等的或没有这么负,并且与1,3‑双(咔唑‑9‑基)苯相比是相等的或没有这么正;和‑当通过循环伏安法相对于Fc/Fc+在乙腈中测量时,所述有机p型掺杂剂的还原电位与2,3,5,6‑四氟‑7,7,8,8‑四氰基对苯二醌二甲烷相比是相等的或更正;和‑设置在所述第二电极和所述第一光吸收层之间的第一n型层,所述第一n型层包括以下层中的至少一个:‑包含n型掺杂剂的层;和‑包含n型掺杂剂和第二有机芳族基质化合物的混合物的层;其中,对于所述第一n型层,设置以下条件:‑所述第二有机芳族基质化合物具有约300至约1500的分子量;和‑当在相同条件下通过循环伏安法相对于Fc/Fc+在乙腈中测量时,与C60的还原电位相比,所述第二有机芳族基质化合物的还原电位在约±1.0V,优选±0.5V的范围内;和‑所述n型掺杂剂是以下物质中的一种:‑分子掺杂剂,所述分子掺杂剂包含具有约300至约1500的分子量的有机化合物,和‑金属掺杂剂,所述金属掺杂剂选自具有约25至约500的分子量的金属卤化物,具有约150至约1500的分子量的金属络合物和选自碱金属、碱土金属和稀土金属的零价金属。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.04 EP 16168403.0;2016.05.31 EP 16172226.91.一种太阳能电池,所述太阳能电池包括:-第一电极;-第二电极;和-设置在所述第一电极和所述第二电极之间的至少一个层叠结构,所述至少一个层叠结构包括:-第一光吸收层,所述第一光吸收层具有约200nm至约700nm的层厚度,并且包含具有钙钛矿晶体结构的吸收剂化合物;-设置在所述第一电极和所述第一光吸收层之间的第一有机p型层,所述第一有机p型层包括以下层中的至少一个:-包含有机p型掺杂剂的层;和-包含有机p型掺杂剂和第一有机芳族基质化合物的混合物的层;其中,对于所述第一有机p型层,设置以下条件:-所述第一有机芳族基质化合物具有约400至约1500的分子量;-所述有机p型掺杂剂具有约350至约1700的分子量;-当在相同条件下通过循环伏安法相对于Fc/Fc+在二氯甲烷溶液中测量时,所述第一有机芳族基质化合物的氧化电位与N2,N2,N2’,N2’,N7,N7,N7’,N7’-八(4-甲氧基苯基)-9,9’-螺二[芴]-2,2’,7,7’-四胺相比是相等的或没有这么负,并且与1,3-双(咔唑-9-基)苯相比是相等的或没有这么正;和-当通过循环伏安法相对于Fc/Fc+在乙腈中测量时,所述有机p型掺杂剂的还原电位与2,3,5,6-四氟-7,7,8,8-四氰基对苯二醌二甲烷相比是相等的或更正;和-设置在所述第二电极和所述第一光吸收层之间的第一n型层,所述第一n型层包括以下层中的至少一个:-包含n型掺杂剂的层;和-包含n型掺杂剂和第二有机芳族基质化合物的混合物的层;其中,对于所述第一n型层,设置以下条件:-所述第二有机芳族基质化合物具有约300至约1500的分子量;和-当在相同条件下通过循环伏安法相对于Fc/Fc+在乙腈中测量时,与C60的还原电位相比,所述第二有机芳族基质化合物的还原电位在约±1.0V,优选±0.5V的范围内;和-所述n型掺杂剂是以下物质中的一种:-分子掺杂剂,所述分子掺杂剂包含具有约300至约1500的分子量的有机化合物,和-金属掺杂剂,所述金属掺杂剂选自具有约25至约500的分子量的金属卤化物,具有约150至约1500的分子量的金属络合物和选自碱金属、碱土金属和稀土金属的零价金属。2.根据权利要求1所述的太阳能电池,其中所述吸收剂化合物具有AMX3或A2MX4的化学计量,其中“A”和“M”是阳离子,并且“X”是阴离子。3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池,其中所述至少一个层...

【专利技术属性】
技术研发人员:马里亚·克里斯蒂娜·蒙布洛纳·林孔立东·吉尔·埃斯克里格米歇尔·塞索洛扬·亨里克·博林卡扬·布洛赫维茨尼莫特凯·莱德雷尔
申请(专利权)人:诺瓦尔德股份有限公司
类型:发明
国别省市:德国,DE

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