一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，属于半导体光电子器件技术领域。本发明专利技术的太阳能电池由下到上依次包括柔性透明衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、透明电极层和电极保护层组成。本发明专利技术低温制备TiO2电子传输层，与柔性基底兼容。采用热蒸发法制备太阳能电池的钙钛矿吸光层薄膜，钙钛矿薄膜具有很好的均匀性和透光性。本发明专利技术制备工艺极其简单，成本低廉，可以获得性能优异的柔性半透明钙钛矿太阳能电池。

A flexible semitransparent perovskite solar cell

The invention relates to a flexible semitransparent perovskite solar cell, belonging to the technical field of semiconductor optoelectronic devices. The solar cell of the invention comprises a flexible transparent substrate, an electron transport layer, a light absorption layer, a hole transmission layer, a transparent electrode layer and an electrode protection layer sequentially from down to top. The invention provides a TiO2 electron transport layer at low temperature and is compatible with a flexible substrate. The perovskite absorbing film of solar cell was prepared by thermal evaporation. The perovskite film has good uniformity and transparency. The preparation process of the invention is extremely simple, and the cost is low, and the flexible semitransparent perovskite solar cell with excellent performance can be obtained.

【技术实现步骤摘要】
一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池
本专利技术涉及一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，属于半导体光电子器件领域。
技术介绍
太阳能作为一种新能源具备清洁、普遍、取之不尽用之不竭等优点。太阳能电池是利用太阳能的有效手段。太阳能电池中，钙钛矿太阳能电池具有制备工艺简单、成本低、效率高等优点。自从2012年PARK课题组首次报道寿命500小时以上、效率达到9.7%的全固态钙钛矿太阳能电池以来，钙钛矿太阳能电池受到了学界和产业界的极大关注，并被《Science》评选为2013年十大科学突破之一。钙钛矿太阳能电池在短短几年里发展迅速，目前报道的钙钛矿太阳能电池的效率已经突破了20%。柔性太阳能电池作为太阳电池的一个新品种，近年来开始受到人们的重视，世界上许多公司竞相开发研究。柔性太阳电池最大的特点是重量轻，可折叠，不易破碎，能够安装在流线型汽车的顶部，房屋等建筑物的楼顶与外墙面，应用前景光明。另一方面半透明太阳能电池在发电的同时，可以保证屋内采光要求，适用于大厦窗户、外墙、天窗和屋顶等建筑结构。柔性半透明太阳能电池更是可以直接贴合在窗户玻璃上，实现发电和采光的双重功能。目前，有报道的钙钛矿太阳能电池绝大多数是硬质玻璃基板、完全不透明的，易破碎，不可折叠，难以满足智能穿戴和窗户、顶棚等特殊场合的采光要求。因此，开发柔性半透明钙钛矿太阳能电池具备重要的实际意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术公开了一种柔性半透明钙钛矿太阳能的结构和制备方法，目的在于提供一种同时满足柔性、半透明的高效率钙钛矿太阳能电池及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案为:一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，器件结构由下到上依次包括柔性透明衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、透明电极层和电极保护层组成。更进一步的，所述的柔性透明衬底为生长有ITO或者FTO透明电极的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）衬底。更进一步的，所述电子传输层为TiO2，TiO2厚度在25-30nm。更进一步的，所述的吸光层为CH3NH3PbI3，厚度在100-200nm。更进一步的，所述的空穴传输层为60nm的TPD与3nmHAT-CN的双层复合结构。更进一步的，所述的后电极层为半透明的Ag电极或者Au电极，厚度为10-15nm.本专利技术还提供了上述柔性半透明钙钛矿太阳能电池的制方法，器件的制备包括以下步骤：(1)柔性透明衬底预处理：透明衬底采用异丙醇和玻璃清洗剂反复擦洗，接着在异丙醇和去离子水中分别超声处理20分钟，然后用干燥的氮气吹干，最后紫外光照射10分钟后待用；(2)TiO2电子传输层的低温制备：将0.470ml的异丙醇钛加入到0.123ml硝酸和2.5ml乙醇的混合溶液中，温和搅拌；搅拌2个小时后加入0.114ml的去离子水，静置1个小时后使用丙醇稀释，获得0.127M的TiO2分散液；取1ml的TiO2分散液，加入0.01ml质量分数75%的双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的乙醇溶液，获得TiO2前驱体溶液，使用匀胶机在柔性透明衬底上旋转涂覆TiO2前驱体溶液，转速3000-4000rpm，时间30秒，接着在空气中135℃加热板上退火处理10-90分钟，获得致密的TiO2电子传输层；(3)双源共蒸法制备CH3NH3PbI3吸光层：首先将CH3NH3I3和PbI2分别装入到真空镀膜机的坩埚蒸发源内，接着将制备完TiO2电子传输层的衬底装入真空镀膜机中，置于蒸发源正上方20cm处，当真空镀膜机的真空度下降到5×10-4Pa后开始通过CH3NH3I3和PbI2双源共蒸的方法生长CH3NH3PbI3；双源共蒸时，CH3NH3I3和PbI2的蒸发温度分别控制为70℃和250℃；通过设于PbI2上方的石英晶振片监控吸光层的膜厚；(4)制备空穴传输层：在CH3NH3PbI3吸光层上通过热蒸发的方法依次沉积60nm的TPD与3nmHAT-CN作为空穴传输层，其中TPD的沉积速率为0.06nm/s，HAT-CN沉积速率为0.01nm/s；(5)制备透明电极：在空穴传输层上通过热蒸发或者溅射的方法沉积一层Ag或者Au作为透明电极，沉积速率为0.5nm/s；(6)制备电极保护层：在透明电极沉积20nmZnSe作为电极保护层，并完成器件的制作。本专利技术的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，由长有ITO或者FTO的PET作为透明柔性基底、低温工艺制备的致密TiO2作为电子传输层，双源共蒸真空沉积的CH3NH3PbI3作为吸光层、TPD/HAT-CN复合结构作为空穴传输层和Ag或者Au作为透明电极，热蒸发的一层ZnSe作为电极保护层所组成。本专利技术采用低温方法制备出致密的TiO2层作为电子传输层，避免了传统的高温工艺，与柔性基底兼容，所得TiO2层，平整，致密，电子传输性能良好。采用双源共蒸法制备钙钛矿太阳能电池，制备工艺极其简单，钙钛矿薄膜也具有很好的均匀性和透光性，可以获得性能优异且稳定的太阳能电池器件。本专利技术的太阳能电池结构简单、成本低、效率高。同时实现了太阳能电池的半透明和柔性，既可以应用于智能穿戴，也可以集成在窗户、屋顶、墙壁上，实现光伏建筑一体化。附图说明图1为本专利技术提供的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池结构示意图；图2为本专利技术的太阳能电池的制备流程。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步的说明。实施例一一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，器件结构示意图如图1所示，其特征在于，器件结构由下到上依次包括柔性透明衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、透明电极层和电极保护层组成。更进一步的，所述的柔性透明衬底为生长有ITO透明电极的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）衬底，其中ITO的厚度200-300nm，透光率大于80%。更进一步的，所述电子传输层为TiO2，TiO2厚度在25nm。更进一步的，所述的吸光层为CH3NH3PbI3，厚度在100nm。更进一步的，所述的空穴传输层为60nm的TPD与3nmHAT-CN的双层复合结构。更进一步的，所述的后电极层为半透明的Au电极，厚度为10nm。本专利技术还提供了上述柔性半透明钙钛矿太阳能电池的制方法，器件的制备流程如图2所示，器件的制备包括以下步骤：(1)柔性透明衬底预处理：透明衬底采用异丙醇和玻璃清洗剂反复擦洗，接着在异丙醇和去离子水中分别超声处理20分钟，然后用干燥的氮气吹干，最后紫外光照射10分钟后待用；(2)TiO2电子传输层的低温制备：将0.470ml的异丙醇钛加入到0.123ml硝酸和2.5ml乙醇的混合溶液中，温和搅拌；搅拌2个小时后加入0.114ml的去离子水，静置1个小时后使用丙醇稀释，获得0.127M的TiO2分散液；取1ml的TiO2分散液，加入0.01ml质量分数75%的双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯的乙醇溶液，获得TiO2前驱体溶液，使用匀胶机在柔性透明衬底上旋转涂覆TiO2前驱体溶液，转速4000rpm，时间30秒，接着在空气中135℃加热板上退火处理10分钟，获得致密的TiO2电子传输层；(3)双源共蒸法制备CH3NH3PbI3吸光层：首先将CH3NH3I3和PbI2分别装入到真空镀膜机的坩埚蒸发源内，接着将制备完TiO2电子传输层的衬底装入真空镀膜机中，置于蒸发源正上方20cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，器件结构由下到上依次包括柔性透明衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、透明电极层和电极保护层组成。

【技术特征摘要】
1.一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，器件结构由下到上依次包括柔性透明衬底、电子传输层、吸光层、空穴传输层、透明电极层和电极保护层组成。2.根据权利要求1所述的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的柔性透明衬底为生长有ITO或者FTO透明电极的柔性聚对苯二甲酸乙二醇酯塑料（PET）衬底。3.根据权利要求1所述的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述电子传输层为TiO2，TiO2厚度在25-30nm。4.根据权利要求1所述的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的吸光层为CH3NH3PbI3，厚度在100-200nm。5.根据权利要求1所述的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的空穴传输层为60nm的TPD与3nmHAT-CN的双层复合结构。6.根据权利要求1所述的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池，其特征在于，所述的后电极层为半透明的Ag电极或者Au电极，厚度为10-15nm。7.根据权利要求1所述的一种柔性半透明钙钛矿太阳能电池的制备包括如下步骤：(1)柔性透明衬底预处理：透明衬底采用异丙醇和玻璃清洗剂反复擦洗，接着在异丙醇和去离子水中分别超声处理20分钟，然后用干燥的氮气吹干，最后紫外光照射10分钟后待用；(2)TiO2电子传输层的低温制备：将0.470ml的异丙醇钛加入到0.123ml硝酸和2.5ml乙醇的混合溶液中，温和搅拌；搅拌2个小时后加入0.114m...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈胜红，
申请(专利权)人：陈胜红，
类型：发明
国别省市：安徽,34