一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法。所述的钙钛矿/有机集成太阳电池其结构自下而上包括透明电极、电荷传输层、钙钛矿光吸收层、有机光吸收层和金属电极。使用这种电池，短波长的光主要被钙钛矿层吸收利用，而长波长的光被有机光吸收层利用。制备此种集成电池能够有效地提高电池对太阳光的利用，相比于单节电池，有效提高电池对太阳光的利用。同时，相比于常用的叠层电池，钙钛矿/有机集成太阳电池中前后子电池不需要任何中间连接层，大大简化了器件的制备过程和工艺，增加了批次间的重复性，有利于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法
本专利技术属于新型薄膜太阳电池材料与器件
，具体涉及一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法。
技术介绍
近年来兴起的钙钛矿太阳能电池，因其具有结构简单、效率高、成本低、可溶液加工等优点而成为新型薄膜太阳电池领域的研究热点。钙钛矿太阳电池的发展十分迅速，短短几年电池效率已由最初报道的不到4％提升到现在超过22％。太阳光到达地球表面的能量主要集中在350-1500nm,而钙钛矿电池中，现在最常用的CsPbI3、CH3NH3PbI3和H2C(NH2)2PbI3的吸收边分别为720、800和850nm，仍有大部分的太阳光没有得到利用。有机共轭材料可以通过分子结构设计实现吸收光谱超过1000nm。利用有机共轭材料与钙钛矿材料对光的互补吸收，可以拓宽钙钛矿/有机集成太阳电池的光谱吸收范围，提高太阳光的利用率，进而提升太阳电池的能量转换效率。在集成结构太阳电池中，根据材料禁带宽度的大小来合理组装布置在器件中的位置，让波长较短的光被宽带隙的钙钛矿材料吸收利用，波长较长的光能穿透钙钛矿层，被窄带隙的有机共轭材料吸收利用，前后两个电池联合起来就能实现对太阳光最大程度地吸收。为了最大程度吸收太阳光，目前最普遍采取的方法是制备叠层太阳电池，然而，叠层电池中的中间层的好坏对电池的性能影响很大，而且需要在制备过程中考虑中间层的抗溶剂性、浸润性、能级匹配等问题，大大增加了器件的制备难度。钙钛矿/有机集成太阳电池中前后子电池不需要任何中间连接层，大大简化了器件的制备过程和工艺，增加了批次间的重复性，有利于工业化生产。
技术实现思路
本专利技术提供了一种钙钛矿/有机集成太阳电池及其制备方法，相比于叠层太阳电池，在保证前后子电池互补吸收太阳光，增大光的利用的同时，集成电池中的前后子电池不需要任何中间连接层，大大简化了器件的制备过程和工艺。所述钙钛矿/有机集成太阳电池有两种典型的器件结构，具体技术方案如下：一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，其结构自下而上包括：透明电极、电荷传输层、钙钛矿光吸收层、有机光吸收层和金属电极。所述的电荷传输层可以为电子传输层(n型金属氧化物或n型有机材料)，也可以为空穴传输层(p型金属氧化物或p型有机材料)。所述器件结构为透明电极/电子传输层/钙钛矿光吸收层/有机光吸收层/空穴传输层/金属电极；或透明电极/空穴传输层/钙钛矿光吸收层/有机光吸收层/电子传输层/金属电极。所述的有机光吸收层的吸收光谱比钙钛矿光吸收层的吸收光谱宽，为有机窄带隙类材料。当所述电荷传输层为电子传输层时，所述的金属电极为高功函金属；当所述电荷传输层为空穴传输层时，所述的金属电极为低功函金属。一种钙钛矿/有机集成太阳电池的制备方法，方法一包括如下步骤：a.制备透明导电金属氧化物阳极层：在玻璃或聚酯薄膜的衬底上溅射金属氧化物，得到透明导电金属氧化物阳极层；b.制备空穴传输层：将步骤a得到的透明导电金属氧化物阳极层经紫外—臭氧表面处理后旋涂高功函的有机材料或金属氧化物，经热退火得到空穴传输层；c.制备钙钛矿光吸收层：将铅源与碘化物溶于溶剂中，加热搅拌，得到钙钛矿前躯体溶液，将该溶液旋涂于步骤b得到的空穴传输层上，经热退火得到钙钛矿光吸收层；d.制备有机光吸收层:将P型有机材料与N型有机材料按比例混合溶于溶剂制成溶液，将该溶液旋涂于钙钛矿层上得到有机光吸收层；e.制备电子传输层：在步骤d得到的有机吸光层上通过旋涂或蒸镀的方法制备低功函有机或金属氧化物电子传输层；f.制备阴极层：在步骤e得到的电子传输层上真空蒸镀金属电极，作为阴极层；方法二包括如下步骤：：a.制备透明导电金属氧化物阳极层：在玻璃或聚酯薄膜的衬底上溅射金属氧化物，得到透明导电金属氧化物阴极层；b.制备电子传输层：将n型金属氧化物经旋涂或喷涂于透明导电阴极层上，经高温退火后得到电子传输层；c.制备钙钛矿光吸收层：将铅源与碘化物溶于溶剂中，加热搅拌，得到钙钛矿前躯体溶液，将该溶液旋涂于步骤b得到的电子传输层上，经热退火得到钙钛矿光吸收层；d.制备有机光吸收层:将P型有机材料与N型有机材料按比例混合溶于溶剂制成溶液，将该溶液旋涂于钙钛矿层上得到有机光吸收层；e.制备空穴传输层：在步骤d得到的有机吸光层上通过旋涂或蒸镀的方法制备稿功函的有机或金属氧化物空穴传输层；f.制备阳极层：在步骤e得到的空穴传输层上真空蒸镀金属电极，作为阳极层。进一步，方法一步骤b中所述有机材料是PEDOT：PSS。进一步，方法一或非法二步骤c中将PbI2:DMSO质量比为1:1，溶于DMF浓度为1M，旋涂转速为5000rpm,CH3NH3I或H2C(NH2)2I的异丙醇溶液浓度分别为50mg/ml和68mg/ml，旋涂转速为5000rpm；或者将PbI2和CsI按1:1比例混合制得前躯体溶液，然后经过一步旋涂法后100℃退火得到CsPbI3钙钛矿光吸收层。进一步，方法一或方法二步骤d中将TTV2与PC70BM按一定比混合溶于溶剂，所述溶剂为氯仿和邻二氯苯，或者将PBDTTT-E-T与IEICO按一定比混合溶于溶剂制得到前躯体溶液，所述溶剂为氯苯，将所得溶液旋涂于步骤c得到的钙钛矿层上得到有机聚合物光吸收层。进一步，方法二步骤b中将0.15M乙酰丙酮钛的正丁醇旋涂于透明电极上，125℃退火5～10min,然后旋涂TiO2的骨架层溶液，再经过550℃烧结30min制备得到TiO2电子传输层。具体来说：器件结构一：透明电极/空穴传输层/钙钛矿层/有机吸光层/电子传输层/金属电极a.制备透明导电金属氧化物阳极层：在玻璃或聚酯薄膜的衬底上溅射金属氧化物，得到透明导电金属氧化物阳极层；b.制备空穴传输层：将步骤a得到的透明导电金属氧化物阳极层经紫外—臭氧表面处理后旋涂高功函的导电聚合物或金属氧化物，经热退火得到空穴传输层；c.制备钙钛矿光吸收层：将PbI2和DMSO溶于DMF溶剂，将CH3NH3I或H2C(NH2)2I的异丙醇溶液，通过两步旋涂法得到CH3NH3PbI3或H2C(NH2)2PbI3钙钛矿光吸收层或者将PbI2和CsI按1:1比例混合制得前躯体溶液，然后经过一步旋涂法后100℃退火得到CsPbI3钙钛矿光吸收层。d.制备有机聚合物光吸收层:将TTV2与PC70BM按一定比混合溶于溶剂，或者将PBDTTT-E-T与IEICO按一定比混合溶于溶剂制得到前躯体溶液，将所得溶液旋涂于步骤c得到的钙钛矿层上得到有机聚合物光吸收层；e.制备阴极层：在步骤d得到的电子传输层上真空蒸镀金属电极，作为阴极层。器件结构二：透明电极/电子传输层/钙钛矿层/有机吸光层/空穴传输层/金属电极a.制备透明导电金属氧化物阳极层：在玻璃或聚酯薄膜的衬底上溅射金属氧化物，得到透明导电金属氧化物阴极层；b.制备电子传输层：将0.15M乙酰丙酮钛的正丁醇旋涂于透明电极上，125℃退火5～10min,然后旋涂TiO2的骨架层溶液，再经过550℃烧结30min制备得到TiO2电子传输层；c.制备钙钛矿光吸收层：将PbI2和DMSO溶于DMF溶剂，将CH3NH3I或H2C(NH2)2I的异丙醇溶液，通过两步旋涂法得到CH3NH3PbI3或H2C(NH2)2PbI3钙钛矿光吸收层或者将PbI2和CsI本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，其结构自下而上包括：透明电极(1)、电荷传输层(2)、钙钛矿光吸收层(3)、有机光吸收层(4)和金属电极(5)。

【技术特征摘要】
1.一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，其结构自下而上包括：透明电极(1)、电荷传输层(2)、钙钛矿光吸收层(3)、有机光吸收层(4)和金属电极(5)。2.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，所述的电荷传输层为电子传输层或空穴传输层。3.根据权利要求2所述的一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，所述器件结构为透明电极/电子传输层/钙钛矿光吸收层/有机光吸收层/空穴传输层/金属电极；或透明电极/空穴传输层/钙钛矿光吸收层/有机光吸收层/电子传输层/金属电极。4.根据权利要求1所述的一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，所述的有机光吸收层的吸收光谱比钙钛矿光吸收层的吸收光谱宽，为有机窄带隙类材料。5.根据权利要求2所述的一种钙钛矿/有机集成太阳电池，其特征在于，当所述电荷传输层(2)为电子传输层时，所述的金属电极(5)为高功函金属；当所述电荷传输层(2)为空穴传输层时，所述的金属电极(5)为低功函金属。6.一种钙钛矿/有机集成太阳电池的制备方法，方法一包括如下步骤：a.制备透明导电金属氧化物阳极层：在玻璃或聚酯薄膜的衬底上溅射金属氧化物，得到透明导电金属氧化物阳极层；b.制备空穴传输层：将步骤a得到的透明导电金属氧化物阳极层经紫外—臭氧表面处理后旋涂高功函的有机材料或金属氧化物，经热退火得到空穴传输层；c.制备钙钛矿光吸收层：将铅源与碘化物溶于溶剂中，加热搅拌，得到钙钛矿前躯体溶液，将该溶液旋涂于步骤b得到的空穴传输层上，经热退火得到钙钛矿光吸收层；d.制备有机光吸收层:将P型有机材料与N型有机材料按比例混合溶于溶剂制成溶液，将该溶液旋涂于钙钛矿层上得到有机光吸收层；e.制备电子传输层：在步骤d得到的有机吸光层上通过旋涂或蒸镀的方法制备低功函有机或金属氧化物电子传输层；f.制备阴极层：在步骤e得到的电子传输层上真空蒸镀金属电极，作为阴极层；方法二包括如下步骤：a.制备透明...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭占鳌，郭强，李聪，史珍珍，白一鸣，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11