用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法技术

本说明书涉及一种用于制造有机‑无机杂化太阳能电池的方法，所述方法包括以下步骤：形成第一电极；在第一电极上形成第一公共层；通过在第一公共层上施加包含第一有机卤化物和第一金属卤化物的第一钙钛矿前体溶液来形成第一光吸收层；通过在第一光吸收层上施加包含第二有机卤化物的第二钙钛矿前体溶液来形成第二光吸收层；在第二光吸收层上形成第二公共层；以及在第二公共层上形成第二电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法
本申请要求于2016年7月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2016-0097517号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。本说明书涉及用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法。
技术介绍
为了解决由化石燃料的耗竭及其使用引起的全球环境问题，已经积极开展了对可以再生并且清洁的替代能源(例如太阳能、风力和水力)的研究。其中，对直接将太阳光变成电能的太阳能电池的兴趣大大增加。在此，太阳能电池意指通过利用从太阳光吸收光能以产生电子和空穴的光伏效应来产生电流-电压的电池。最近，有机-无机杂化钙钛矿材料由于吸收系数高并且该材料可以通过溶液法容易地合成的特性而已经作为用于有机-无机杂化太阳能电池的光吸收材料引起了关注。通常，用于有机-无机杂化太阳能电池的吸收层由单一阳离子、金属离子和卤离子作为使用AMX3组分的基本结构而构成，但是在这种情况下，存在由水分、UV线等引起的效率和稳定性低的问题。此外，在应用上述单一阳离子的钙钛矿中，当使用HC(NH2)2+和Cs+时，相变温度具有室温至50℃或更低，使得在室温下的驱动期间或储存期间发生相变，结果，存在晶体类型改变的问题。已知由相变引起的晶格间距是稳定性劣化的主要原因。
技术实现思路
技术问题本说明书提供了一种用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，所述有机-无机杂化太阳能电池通过简单的过程制造并且具有优异的稳定性和能量转化效率。技术方案本说明书的一个示例性实施方案提供了一种用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，所述方法包括：形成第一电极；在第一电极上形成第一公共层；通过在第一公共层上施加包含第一有机卤化物和第一金属卤化物的第一钙钛矿前体溶液来形成第一光吸收层；通过在第一光吸收层上施加包含第二有机卤化物的第二钙钛矿前体溶液来形成第二光吸收层；在第二光吸收层上形成第二公共层；以及在第二公共层上形成第二电极。有益效果根据本说明书的一个示例性实施方案的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法具有简单的制造过程，并且具有即使通过使用低浓度的有机卤化物也可以形成光吸收层的效果。根据本说明书的一个示例性实施方案的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法的优点在于，可以制造这样的有机-无机杂化太阳能电池：其中基础层的晶体结构用作上层晶体的粘合剂以抑制由温度变化引起的晶格间距现象，并因此器件的稳定性得以提高。此外，根据本说明书的一个示例性实施方案的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法的优点在于，可以制造这样的有机-无机杂化太阳能电池：其中光吸收层的界面特性得到改善，并因此电流密度和能量转化效率得以改善。此外，根据本说明书的一个示例性实施方案的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法的优点在于，可以制造这样的有机-无机杂化太阳能电池：其中吸收宽光谱，并因此，光能损失得以减少，并且能量转化效率得以改善。此外，需要另外的涂覆过程以形成基础层，但是存在可以通过省略另外的涂覆过程来简化工艺的效果。附图说明图1至图4例示了根据本说明书的示例性实施方案的各有机-无机杂化太阳能电池的结构。图5示出了本说明书的示例性实施方案中制造的各有机-无机杂化太阳能电池中根据电压的电流密度。图6示出了本说明书的示例性实施方案中制造的各有机-无机杂化太阳能电池在48小时之后的状态。101：基底102：第一电极103：电子传输层104：第一光吸收层105：第二光吸收层106：第三光吸收层107：空穴传输层108：第二电极具体实施方式在下文中，将详细地描述本说明书。在本说明书中，当一部分“包括”一个构成要素时，除非另有具体描述，否则这不意指排除另外的构成要素，而是意指还可以包括另外的构成要素。在本说明书中，当一个构件设置在另一构件“上”时，这不仅包括一个构件与另一构件接触的情况，而且还包括在这两个构件之间存在又一构件的情况。根据本说明书的一个示例性实施方案的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法包括：形成第一电极；在第一电极上形成第一公共层；通过在第一公共层上施加包含第一有机卤化物和第一金属卤化物的第一钙钛矿前体溶液来形成第一光吸收层；通过在第一光吸收层上施加包含第二有机卤化物的第二钙钛矿前体溶液来形成第二光吸收层；在第二光吸收层上形成第二公共层；以及在第二公共层上形成第二电极。本说明书的一个示例性实施方案还可以包括：在第二光吸收层的形成与第二公共层的形成之间，通过在第二光吸收层上施加包含第三有机卤化物的第三钙钛矿前体溶液来形成第三光吸收层。在本说明书中，前体意指在材料在任何代谢或反应中成为特定材料之前的步骤中的材料。例如，钙钛矿前体意指在材料变为钙钛矿材料之前的步骤中的材料，钙钛矿前体溶液意指包含钙钛矿前体的溶液。在本说明书中，第一公共层和第二公共层各自意指电子传输层或空穴传输层。此时，第一公共层和第二公共层不是相同的层，例如，当第一公共层是电子传输层时，第二公共层是空穴传输层，而当第一公共层是空穴传输层时，第二公共层是电子传输层。在本说明书的一个示例性实施方案中，第一有机卤化物可以是由以下化学式1表示的化合物。[化学式1]AX在化学式1中，A为选自CnH2n+1NH3+、HC(NH2)2+、NH4+、Cs+、NF4+、NCl4+、PF4+、PCl4+、CH3PH3+、CH3AsH3+、CH3SbH3+、PH4+、AsH4+和SbH4+中的一价阳离子，X为卤离子，以及n为1至9的整数。在本说明书的一个示例性实施方案中，第一金属卤化物可以是由以下化学式2表示的化合物。[化学式2]MX2在化学式2中，M为选自Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+和Yb2+中的二价金属离子，以及X为卤离子。在本说明书的一个示例性实施方案中，第一钙钛矿前体溶液中的第一有机卤化物的浓度可以为0.01M至0.15M。在本说明书的一个示例性实施方案中，第一钙钛矿前体溶液中的第一金属卤化物的浓度可以为0.5M至1.5M。在本说明书的一个示例性实施方案中，第一光吸收层可以包含由以下化学式3表示的具有钙钛矿结构的化合物。[化学式3]AMX3在化学式3中，A为选自CnH2n+1NH3+、NH4+、HC(NH2)2+、Cs+、NF4+、NCl4+、PF4+、PCl4+、CH3PH3+、CH3AsH3+、CH3SbH3+、PH4+、AsH4+和SbH4+中的一价阳离子，M为选自Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+和Yb2+中的二价金属离子，X为卤离子，以及n为1至9的整数。在本说明书的一个示例性实施方案中，第二有机卤化物可以是由以下化学式4或化学式5表示的化合物。[化学式4]RX'[化学式5]R'yR”(1-y)X'zX”(1-z)在化学式4或化学式5中，R'和R”彼此不同，并且R、R'和R”各自为选自CnH2n+1NH3+、NH4+、HC(NH2)2+、Cs+、NF4+、NCl4+、PF4+、PCl4+、CH3PH3+、CH3AsH3+、CH3SbH3+、PH4+、AsH4+和SbH4+中的一价阳离子，X'和X”为卤离子，n为1至9的整数，0<y&本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制造有机‑无机杂化太阳能电池的方法，所述方法包括：形成第一电极；在所述第一电极上形成第一公共层；通过在所述第一公共层上施加包含第一有机卤化物和第一金属卤化物的第一钙钛矿前体溶液来形成第一光吸收层；通过在所述第一光吸收层上施加包含第二有机卤化物的第二钙钛矿前体溶液来形成第二光吸收层；在所述第二光吸收层上形成第二公共层；以及在所述第二公共层上形成第二电极。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.29 KR 10-2016-00975171.一种用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，所述方法包括：形成第一电极；在所述第一电极上形成第一公共层；通过在所述第一公共层上施加包含第一有机卤化物和第一金属卤化物的第一钙钛矿前体溶液来形成第一光吸收层；通过在所述第一光吸收层上施加包含第二有机卤化物的第二钙钛矿前体溶液来形成第二光吸收层；在所述第二光吸收层上形成第二公共层；以及在所述第二公共层上形成第二电极。2.根据权利要求1所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，还包括：在所述第二光吸收层的形成与所述第二公共层的形成之间，通过在所述第二光吸收层上施加包含第三有机卤化物的第三钙钛矿前体溶液来形成第三光吸收层。3.根据权利要求1或2所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，其中所述第一有机卤化物是由以下化学式1表示的化合物：[化学式1]AX在化学式1中，A为选自CnH2n+1NH3+、HC(NH2)2+、NH4+、Cs+、NF4+、NCl4+、PF4+、PCl4+、CH3PH3+、CH3AsH3+、CH3SbH3+、PH4+、AsH4+和SbH4+中的一价阳离子，X为卤离子，以及n为1至9的整数。4.根据权利要求1或2所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，其中所述第一金属卤化物是由以下化学式2表示的化合物：[化学式2]MX2在化学式2中，M为选自Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+和Yb2+中的二价金属离子，以及X为卤离子。5.根据权利要求1或2所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，其中在所述第一钙钛矿前体溶液中，所述第一有机卤化物的浓度为0.01M至0.15M。6.根据权利要求1或2所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，其中在所述第一钙钛矿前体溶液中，所述第一金属卤化物的浓度为0.5M至1.5M。7.根据权利要求1或2所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，其中所述第一光吸收层包含由以下化学式3表示的具有钙钛矿结构的化合物：[化学式3]AMX3在化学式3中，A为选自CnH2n+1NH3+、NH4+、HC(NH2)2+、Cs+、NF4+、NCl4+、PF4+、PCl4+、CH3PH3+、CH3AsH3+、CH3SbH3+、PH4+、AsH4+和SbH4+中的一价阳离子，M为选自Cu2+、Ni2+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Cr2+、Pd2+、Cd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+和Yb2+中的二价金属离子，X为卤离子，以及n为1至9的整数。8.根据权利要求1或2所述的用于制造有机-无机杂化太阳能电池的方法，其中所述第二有机卤化物是由以下化学式4或化学式5表示的化合物：[化学式4]RX'[化学式5]R'yR”(1-y)X'zX”(1-z)在化学式4或化学式5中，R'和R”彼此不同，并且R、R'和R”各自为选自CnH2n+1NH3+、NH4+、HC(NH2)2+、Cs+、NF4+、NCl4+、PF4+、PCl4+、CH3PH3+、CH3AsH3+、CH3SbH3+、PH4+、AsH4+和SbH4+中的一价阳离子，X'和X”各自为卤离子，n为1至9的整数，0<y<1，以及0<z<3。...

【专利技术属性】
技术研发人员：金世龙，朴祥准，金钟硕，李在仁，金勇男，李相权，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR